Quy Trình Sản Xuất, Phân Loại Sợi Carbon | Cốp Pha Việt

Bạn đã bao giờ nghe đến sợi carbon, loại vật liệu được mệnh danh là “siêu vật liệu” của tương lai? Sợi carbon là gì mà lại “thần thánh” đến vậy? Hãy cùng Cốp Pha Việt tìm hiểu về quy trình sản xuất, phân loại và ứng dụng của loại sợi này nhé!

Nội Dung Bài Viết

Toggle

• Sợi Carbon là gì?
• Tại sao Sợi Carbon lại Nhẹ và Bền đến Vậy?
• Hành Trình Hơn 50 Năm – Từ Vật Liệu Đắt Đỏ Đến Ứng Dụng Rộng Rãi
• Sợi Thủy Tinh và Sợi Carbon – Đâu là Sự Lựa Chọn Tối Ưu?
• Vải Sợi Carbon – Ứng Dụng Đa Dạng trong Nhiều Lĩnh Vực

Sợi Carbon là gì?

Sợi carbon là một loại sợi công nghiệp, được cấu tạo từ nguyên tố carbon (chiếm 90% là carbon ký hiệu C trong bảng yếu tố hóa học).

Nghe có vẻ quen thuộc nhỉ? Nhưng đừng nhầm lẫn với than củi bạn dùng để nướng thịt nhé!

Điểm đặc biệt của sợi carbon nằm ở tính chất vật lý vượt trội:

• Nhẹ như lông.
• Bền như thép.
• Khả năng chịu lực và chịu nhiệt tốt.

Nghe hấp dẫn đấy chứ? Chính xác là sợi carbon có thể cứng gấp 2 lần và chịu tải gấp 5 lần so với thép đấy!

Sợi carbon là gì

Tại sao Sợi Carbon lại Nhẹ và Bền đến Vậy?

Mỗi sợi carbon có kích thước tính bằng đơn vị micro mét (bằng 1 phần 1 triệu mét), nhỏ hơn cả sợi tóc nhìn trong tự nhiên.

Sợi carbon được tạo thành từ 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). Đó là lý do vì sao sợi carbon lại nhẹ đến vậy!

Hành Trình Hơn 50 Năm – Từ Vật Liệu Đắt Đỏ Đến Ứng Dụng Rộng Rãi

Từ năm 1960, sợi carbon đã được ứng dụng trong tên lửa, xe tăng và được kỳ vọng là vật liệu của tương lai.

Tuy nhiên, giá thành sản xuất sợi carbon lại là một rào cản lớn.

Quy trình sản xuất sợi carbon gồm nhiều công đoạn phức tạp, tiêu tốn nhiều năng lượng và thời gian:

1. Tách Carbon: Tách carbon ra khỏi vật liệu ban đầu (thường là sợi polyacrylonitrile) bằng nhiệt độ cao. Quá trình này cần những lò nung dài 15-30 mét, hoạt động ở nhiệt độ hàng trăm độ C trong nhiều giờ liền.
2. Carbon hóa: Vật liệu sau khi được tách carbon sẽ được đưa qua lò carbon hóa ở nhiệt độ khoảng 1000 độ C. Quá trình này giúp tạo ra cấu trúc sợi carbon bền chắc.
3. Sắp xếp và Liên kết Sợi: Những sợi carbon sau khi carbon hóa sẽ được sắp xếp thành một mạng tinh thể để tăng cường độ bền và liên kết. Công đoạn này đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác tuyệt đối.
4. Hợp Nhất với Nhựa: Sợi carbon được kết hợp với một loại nhựa đặc biệt, sau đó được làm cứng bằng nhiệt để tạo thành vật liệu composite có hình dạng nhất định.

Cấu trúc vải sợi carbon

Vậy, điều gì khiến giá thành sợi carbon cao đến vậy?

• Hao hụt vật liệu: Quá trình sản xuất sợi carbon tiêu tốn rất nhiều năng lượng, dẫn đến hao hụt một nửa lượng vật liệu ban đầu.
• Chi phí gia công: Máy móc, nhân lực, công nghệ sản xuất phức tạp cũng góp phần làm tăng giá thành sản xuất.
• Rủi ro trong quá trình gia công: Chỉ cần một sợi bị chùng, toàn bộ mẻ sản xuất có thể bị hỏng. Chính vì vậy, các nhà sản xuất thường cộng thêm 10% rủi ro vào mức giá gốc.

Sợi Thủy Tinh và Sợi Carbon – Đâu là Sự Lựa Chọn Tối Ưu?

Cả hai loại sợi này đều được ứng dụng rộng rãi trong ngành xây dựng. Tuy nhiên, mỗi loại lại có những ưu nhược điểm riêng.

Đặc tính	Sợi Carbon	Sợi Thủy Tinh
Độ bền	Rất cao	Cao
Độ cứng	Rất cao	Thấp hơn
Trọng lượng	Rất nhẹ	Nhẹ
Khả năng chịu nhiệt	Rất tốt	Tốt
Khả năng chống ăn mòn	Rất tốt	Tốt
Giá thành	Rất cao	Thấp hơn

Như vậy, sợi carbon có ưu điểm vượt trội về độ bền, độ cứng, khả năng chịu nhiệt và chống ăn mòn. Tuy nhiên, giá thành cao là một hạn chế lớn khi lựa chọn loại vật liệu này.

Tùy vào yêu cầu cụ thể của từng công trình mà bạn có thể lựa chọn loại sợi phù hợp.

Vải Sợi Carbon – Ứng Dụng Đa Dạng trong Nhiều Lĩnh Vực

Vải sợi carbon là loại vật liệu được tạo thành từ những sợi carbon đan xen vào nhau, mang những đặc tính vượt trội của sợi carbon như:

• Độ bền cao.
• Độ đàn hồi cao.
• Nhiệt độ ổn định cao.
• Khả năng chịu nhiệt tốt.
• Chống axit.
• Chống ăn mòn.
• Chống tĩnh điện.

Phân loại vải sợi carbon:

Vải sợi carbon được phân loại dựa trên số lượng sợi carbon trên một đơn vị diện tích: 1K, 3K, 6K, 12K, 24K, 40K. Mỗi loại sẽ có những ứng dụng phù hợp trong từng lĩnh vực.

Vải sợi carbon tổ ong

Ứng dụng của vải sợi carbon:

• Công nghiệp: Gia công ô tô, tàu bay, tàu thuyền, robotic,…
• Thể thao: Vợt tennis, gậy đánh golf, khung xe đạp,…
• Xây dựng: Gia cố kết cấu bê tông, gia cường cầu đường,…

Sợi carbon – loại vật liệu tưởng chừng xa xỉ nhưng lại đang dần trở nên phổ biến hơn trong cuộc sống của chúng ta. Với những đặc tính vượt trội, sợi carbon hứa hẹn sẽ là vật liệu chủ đạo trong tương lai.