Sợi carbon là gì? Quy trình sản xuất, phân loại sợi carbon

Sợi carbon là gì?

Sợi carbon là một loại sợi công nghiệp, được cấu tạo từ nguyên tử carbon (chứa 90% là carbon ký hiệu C trong bảng nguyên tố hóa học). Sợi carbon có tính chất vật lý đặc trưng là : nhẹ, nhỏ, khả năng chịu lực và chịu nhiệt tốt, độ cứng gấp 2 lần và chịu tải gấp 5 lần thép. Các sợi carbon có thể được xoắn lại với nhau tạo thành dạng sợi, hoặc các sợi có thể được dệt lại với nhau tạo thành dạng vải (dùng để may găng tay chống tĩnh điện).

Sợi carbon là gì
Sợi carbon là gì

 

Do có cấu tạo từ 90% là nguyên tử carbon (khối lượng nguyên tử là 12g/mol) nhẹ hơn gấp 5 lần so với nguyên tử kim loại sắt (khối lượng nguyên tử 56g/mol).

Mỗi sợi carbon có kích thước tính bằng đơn vị micro mét (bằng 1 phần 1 triệu mét), nhỏ hơn cả sợi tơ nhện trong tự nhiên. Vào năm 1960, sợi carbon lần đầu tiên được sử dụng trong tên lửa xe tăng, và trở thành loại nguyên liệu của tương lai.

Tuy nhiên sau hơn 50 năm trôi qua, sợi carbon vẫn là một loại vật liệu hết sức lạ lẫm với đời sống con người bởi giá thành của nó quá đắt.

 

Có thể bạn quan tâm:

Cao su Nitrile là gì? Tính chất của cao su Nitrile

Quy trình sản xuất sợi carbon

Để có thể tạo ra loại carbon sử dụng để sản xuất sợi carbon, cần phải tiêu hao một nửa lượng nguyên liệu ban đầu do nhiệt dẫn đến sản phẩm cuối cùng. Do đó mà giá thành sản phẩm sẽ gấp đôi so với nguyên liệu.

Ngoài ra chi phí sản xuất, khấu hao máy móc, nhân công cũng góp phần vào làm cho giá thành của sợi carbon khá cao. Chính vì vậy mà việc ứng dụng đại trà sợi carbon này cũng cần phải một khoảng thời gian rất dài nữa.

Cấu trúc vải sợi carbon
Cấu trúc vải sợi carbon

 

Trong các ngành công nghiệp chế tạo máy như ô tô, máy bay,…khi động cơ không thể cải tiến hơn được nữa, thì đó là lúc ứng dụng các loại vật liệu như sợi carbon vào trong sản xuất nhằm nâng cao hiệu suất của động cơ, giảm nhiên liệu tiêu hao, tăng độ bền.

Để tách carbon ra khỏi nguyên liệu ban đầu cần những hệ thống lớn và nhiệt độ cao, một trong những bước quan trọng của quá trình này chính là oxy hóa ổn định. Những sợi carbon khi đó phải được đưa qua những lò dài từ 15 mét đến 30 mét trong nhiệt độ lên đến hàng trăm độ C, và quá trình này kéo dài hàng giờ đồng hồ.

Sau khi trải qua tác dụng nhiệt độ cao, vật liệu này phải trải qua quá trình carbon hóa, những lò được sử dụng trong quá trình này không lớn, và thời gian cũng không dài, tuy nhiên nhiệt độ yêu cầu phải rất cao (khoảng 1000 độ C) cho bước đầu, và tăng dần ở các bước sau. Do đó mà các nhà máy sản xuất sợi carbon cần phải có một hệ thống xử lý khí thải nhằm tránh ảnh hưởng đến môi trường xung quanh (số tiền để thực hiện chắc chắn là một con số khổng lồ), nếu không được xử lý đúng cách sẽ gây ra ô nhiễm môi trường nặng.

Tuy nhiên, những gì thu được chỉ mới dừng lại ở những sợi đơn lẻ, chưa phải là vật liệu sáng bóng, nhẹ và bền như các bạn biết. Nhà máy cần phải sắp xếp lại những sợi này thành một mạng tinh thể để lợi dụng độ bền và liên kết chúng lại với nhau. Quá trình này đòi hỏi sự cẩn thận và chính xác tuyệt đối, các sợi carbon phải được kéo ra đồng đều và đủ căng. Chỉ cần một sợi bị chùng, sẽ làm ảnh hưởng đến các sợi khác và làm hư hỏng toàn bộ mạng tinh thể đó. Để bù đắp lại rủi ro trong quá trình sản xuất, các nhà sản xuất phải cộng thêm 10% rủi ro sản xuất vào mức giá gốc (1 nguyên nhân làm mà giá sợi carbon cao).

Nhưng sợi carbon vẫn chưa phải là thứ các nhà sản xuất cần, những sợi carbon phải kết hợp với một loại nhựa được làm rắn lại bằng nhiệt hóa để tạo ra một loại hỗn hợp có thể gia công được để chế tạo ra những sản phẩm có hình dạng nhất định. Sau khi được định hình và lưu hóa trong lò hấp, hình dạng của sản phẩm không thể thay đổi được nữa, một lỗi nhỏ xảy ra cũng sẽ làm lãng phí rất nhiều nguyên vật liệu.

Phân biệt sợi thủy tinh và sợi carbon

Sợi Carbon Sợi thủy tinh
Về cơ bản, sợi carbon bền, chắc hơn sợi thủy tinh và có thể thay thế kim loại trong một số ứng dụng, tuy nhiên sợi thủy tinh có mô đun đàn hồi thấp hơn sợi carbon nên khi bị uốn cong và căng sẽ không bị vỡ
Đặc tính
  • Độ cứng cao
  • Khả năng chịu kéo cao
  • Nhẹ
  • Kháng hóa chất
  • Chịu được nhiệt, giãn nở nhiệt thấp
  • Không cháy
  • Không mục nát
  • Không thấm nước
  • Bền với các axit
  • It đàn hồi hay co giãn
  • Không dẫn nhiệt, không dẫn điện, không hút ẩm
Cường độ chịu kéo
  • 700 MPa
  • 1000 MPa
Mô đun đàn hồi
  • 72.5 GPa
  • 651.5 GPa
Ứng dụng
  • Làm bảng điều khiển xe ô tô
  • Làm thân máy may, tàu thuyền
  • Làm đường ống
  • Làm bể chứa
  • Làm mũ bảo hiểm
  • Làm vật liệu cách điện, cách nhiệt
  • Gia cường kết cấu

Công ty sản xuất sợi carbon

Hexcel

Thành lập vào năm 1948, Hexcel sản xuất sợi carbon ở Mỹ và Châu Âu. Sản phẩm sợi carbon Hexcel rất thành công trong thị trường hàng không vũ trụ dưới tên thương mại Hextow.

 

Mitsubishi công ty TNHH Rayon

Mitsubishi Rayon Co. (MRC) là một chi nhánh của Mitsubishi Chemical Holdings, chuyên sản xuất carbon PAN sợi sử dụng trong các ứng dụng tổng hợp, ứng dụng yêu cầu trọng lượng nhẹ và độ bền cao. Chi nhánh US, Grafil sản xuất sợi carbon dưới tên thương mại Pyrofil.

Sản phẩm của MRC có thể dùng trong kỹ thuật hàng không vũ trụ, tuy nhiên thường được dùng trong các thiết bị thương mại và vui chơi giải trí như áo khoác moto, găng tay, thiết bị thể thao (gậy bóng chày, gậy đánh golf).

Nippon Graphite Corp

Trụ sở chính tại Nhật Bản, Nippon đã bắt đầu sản xuất sợi carbon từ năm 1995 và đã được thị trường đón nhận nhờ giá thành hợp lý. Sợi carbon Nippon thường được tìm thấy trong các loại cần câu, gậy khúc côn cầu, vợt tennis, gậy đánh golf, khung xe đạp.

 

Có thể bạn quan tâm:

Cao su Latex là gì? Phân loại cao su Latex

Phân loại vải sợi carbon

Vải carbon có đặc tính như độ bền cao, độ đàn hồi cao, nhiệt độ ổn định cao, khả năng chịu nhiệt tốt, chống axit, chống ăn mòn vượt trội, ngoài ra còn có tác dụng chong tinh dien.

Vải carbon được sản xuất bằng công nghệ prepreg (công nghệ sản xuất các vật liệu composite bán thành phẩm) có đặc điểm cứng hơn thép, nhẹ hơn sợi nhựa thủy tinh, tính chất vượt trội hơn rất nhiều soi với các loại vải sợi thủy tinh, vải sợi tráng silicon và các loại vải sợi công nghiệp khác.

Vải sợi carbon được phân ra thành loại khác nhau như: 1k (1000 filaments), 3K, 6K, 12K, 24K, 40K.

Vải sợi carbon tổ ong
Vải sợi carbon tổ ong

 

Vải sợi carbon 3K

Được ứng dụng phổ biến nhất hiện nay trong các ngành công nghiệp, thiết bị gia dụng, robot, ngành công nghiệp kỹ thuật cao khác gồm cả hàng không vũ trụ.

 

Vải sợi carbon 6K

Được dùng trong kết cấu yêu cầu sự bền bỉ, nhưng vẫn đảm bảo tính gọn nhẹ và có thể tạo đường nét có hình dạng và góc phức tạp.

 

Vải sợi carbon 12K

Thường dùng trong các lĩnh vực yêu cầu cấu trúc chắc chắn như xây dựng, hàng hải, gia cố cho các vật liệu có trọng lượng nhẹ hơn.

 

Vải sợi carbon 24K

Có trọng lượng nhẹ, độ bền cao, độ cứng cao, chắc chắn hơn. Loại vải sợi carbon 24K này thường sử dụng cho các loại mô hình, xe thể thao, chế tạo máy bay, đóng tàu thuyền, thiết bị thể thao, sản xuất ô tô.

Giá bán vải sợi carbon từ 300.000/mét trở lên, tùy theo nhà cung cấp và loại vải, kiểu vải

Ý kiến bình luận



8 bình luận “ Sợi carbon là gì? Quy trình sản xuất, phân loại sợi carbon

Trả lời

Thư điện tử của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *


Warning: Use of undefined constant rand - assumed 'rand' (this will throw an Error in a future version of PHP) in /home/maybomnuoc99com/public_html/phongsachcongnghiep.com/wp-content/themes/hrm/lib/functions/related-post.php on line 13

Warning: Use of undefined constant rand - assumed 'rand' (this will throw an Error in a future version of PHP) in /home/maybomnuoc99com/public_html/phongsachcongnghiep.com/wp-content/themes/hrm/lib/functions/related-post.php on line 13