Chất liệu Carbon Air Fiber là gì? 1 số ứng dụng?

Chất liệu Carbon Air Fiber là gì? Ứng dụng? Vật liệu composite sợi carbon fiber được dùng chế tạo các bộ phận của máy bay, tàu vũ trụ, xe đua… Đây là loại vật liệu được đánh giá có thể thay thế được thép!

Duoi-may-bay-truc-thang-rc-lam-bang-polymer-gia-co-soi-carbon-fiber
Đuôi máy bay trực thăng RC, làm bằng polymer gia cố bằng sợi Carbon Fiber

 

1. Carbon Air Fiber là gì?

Carbon Air Fiber là người ta dùng rất nhiều sợi Carbon Fiber dệt lại với nhau thành 1 tấm lưới carbon lớn hoặc 1 cuộn. Sợi carbon (hay còn gọi là sợi carbon fiber) là một vật liệu bền, cứng, nhẹ, có tiềm năng thay thế thép và được sử dụng phổ biến trong các sản phẩm chuyên dụng, hiệu suất cao như máy bay, công nghệ vũ trụ, ô tô và thiết bị thể thao…

Sợi Carbon Fiber có thành phần chủ yếu gồm 90% nguyên tử carbon (C) liên kết với nhau và 10% hợp chất khác. Hiện nay người ta đã có thể chế tạo Sợi carbon fiber với tỉ lệ 99% carbon khiến nó có độ bền cực cao.

Tam-carbon-không khí-sợi
Sợi Carbon Fiber dệt thành tấm

Những loại nguyên liệu thô được sử dụng để tạo ra sợi carbon thường dùng là sợi nhựa tổng hợp Polyacrylonitrile (hay PAN), sợi vải tổng hợp RayonPitch (dầu mỏ, than đá).

Sợi Carbon Fiber được cuộn lại với nhau để dệt thành vải hoặc đúc thành hình dạng cụ thể được sử dụng phổ biến cho khung xe đạp, cần câu cá, cánh máy bay cho đến thân xe đua, gậy chơi golf hay cột thuyền buồm.

Nguồn: vi.wikipedia.org

2. Đặc điểm tính chất và ứng dụng của sợi carbon fiber

2.1. Ưu điểm của sợi carbon fiber

  • Nhẹ: 90% sợi carbon fiber được cấu tạo từ nguyên tố C. Nguyên tố C cũng nhẹ các nguyên tố kim loại khác. Bạn có thể nhớ từ lớp hóa học rằng kim cương – một trong những chất tự nhiên cứng nhất – được cấu tạo từ các nguyên tử cacbon được sắp xếp trong một mạng tinh thể cụ thể. Vì vậy, không có gì ngạc nhiên khi sợi carbon cứng, chắc và nhẹ.
Khung-sieu-xe-lam-tu-soi-carbon-fiber
Khung siêu xe làm từ sợi Carbon Fiber
  • Độ bền kéo cao: Một trong những loại sợi rất khó kéo căng hoặc uốn cong. Sợi carbon chịu lực kéo gấp 5 lần và cứng gấp 2 lần so với thép.
  • Độ giãn nở nhiệt thấp: Sợi Carbon Fiber sẽ giãn nở hoặc co lại ít hơn nhiều trong điều kiện nóng hoặc lạnh so với các vật liệu như thép và nhôm. Đây là tính chất quan trọng cho những chi tiết cần độ bền cao ở những môi trường đặc biệt như tàu vũ trụ, chi tiết xe ô tô, thiết bị quân sự.
  • Độ bền vượt trội: Sợi Carbon Fiber có đặc tính chống ăn mòn vượt trội so với kim loại, có nghĩa là các thành phần làm bằng sợi carbon sẽ không bị mài mòn nhanh chóng dưới áp lực của việc sử dụng liên tục. Khi được làm bằng các loại nhựa thích hợp, sợi carbon fiber là một trong những vật liệu chống ăn mòn tốt nhất hiện có. 
  • Tính phóng xạ: Sợi Carbon Fiber trong suốt đối với bức xạ và không nhìn thấy được trong tia X, nên có giá trị sử dụng trong các thiết bị và cơ sở y tế
  • Tính dẫn điện: Vật liệu tổng hợp sợi carbon là chất dẫn điện tuyệt vời
  • Chống tia cực tím: Sợi Carbon Fiber có thể chống tia cực tím với việc sử dụng các loại nhựa thích hợp.

2.2. Nhược điểm

Sợi Carbon Fiber là vật liệu chất lượng cao cho nên giá thành của nó khá cao. Trong khi giá cả đã giảm đáng kể trong 10 năm qua, nhu cầu của khách hàng vẫn chưa đủ cao để làm tăng nguồn cung sản xuất. Vì vậy trong tương lai gần, giá vẫn sẽ chưa thay đổi nhiều.

2.3. Ứng dụng của sợi carbon fiber

Ung-dung-cua-soi-carbon-fiber
Ứng dụng của sợi Carbon Fiber

 

Sợi Carbon Fiber được ứng dụng khá nhiều trong độ xe ô tô. Điều này giúp những chiếc xe trở nên thể thao và mạnh mẽ hơn.

Thanh Hải Auto đã ứng dụng sợi Carbon Fiber và đưa vào sản xuất, phân phối 2 sản phẩm độc quyền, mời quý khách hàng tham khảo

Bộ chống xước Tapi cửa ô tô TapliTH Carbon Air Fiber cao cấp

Miếng dán chống trầy xước bậc cửa Ô tô Carbon Air Fiber cao cấp

3. 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 chống tĩnh điện.
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 gồm các kiểu dệt Plain, Twill, Hybrid, dệt thông thường… Vải sợi carbon được phân ra thành loại khác nhau như: 1k (1000 filaments), 3K, 6K, 12K, 24K, 40K. Hiểu đơn giản 1k = 1000 sợi carbon cuộn lại, các loại khác thì tương tự.
  • 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 400.000/mét trở lên, tùy theo nhà cung cấp và loại vải, kiểu vải

4. Quá trình sản xuất Sợi carbon fiber

Trong các ngành công nghiệp chế tạo máy như ô tô, máy bay, công nghiệp vũ trụ,… 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).Khoảng 90% sợi carbon được sản xuất được làm từ polyacrylonitrile. 10% còn lại được làm từ rayon hoặc dầu mỏ. Tất cả các vật liệu này đều là các polyme hữu cơ, đặc trưng bởi các chuỗi phân tử dài liên kết với nhau bằng các nguyên tử cacbon. Thành phần chính xác của mỗi tiền chất khác nhau giữa các công ty và thường được coi là bí mật thương mại. 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.
Trong quá trình sản xuất, nhiều loại khí và chất lỏng được sử dụng. Một số vật liệu này được thiết kế để phản ứng với sợi để đạt được một hiệu ứng cụ thể. Các vật liệu khác được thiết kế để không phản ứng hoặc ngăn chặn các phản ứng nhất định với sợi. Cũng như tiền chất, thành phần chính xác của nhiều nguyên liệu chế biến này được coi là bí mật thương mại.
5/5 - (1 bình chọn)
Đánh giá:
5/5 - (1 bình chọn)

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.