Sự khác nhau giữa sợi aramid và sợi carbon
Khi nói về loại sợi tổng hợp bền nhất, người ta luôn gọi sợi aramid và sợi carbon. Sở dĩ chúng chiếm vị trí dẫn đầu trong ngành vật liệu phải kể đến những đặc tính như siêu bền, trọng lượng nhẹ, chịu nhiệt, chịu thời tiết, kháng hóa chất và chịu lực rất tốt. Sợi aramid được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không và hàng hải do khả năng chịu nhiệt và hóa chất mạnh. Có vẻ như khả năng thương mại của sợi carbon cao hơn khi nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như hàng không vũ trụ, ô tô và thiết bị thể thao có xu hướng ưa chuộng sợi carbon do hiệu suất tối ưu và độ bền cao. Mặc dù có những đặc tính chung khá giống nhau nhưng xét về từng loại sẽ có những cấp độ khác nhau ở mỗi loại. Việc hiểu rõ sợi aramid và sợi carbon và sự khác biệt của chúng là rất quan trọng trong quá trình tính toán và lựa chọn nguyên liệu phù hợp cho từng nhu cầu sản xuất. Hãy cùng tìm hiểu sâu hơn trong bài viết dưới đây để có thêm những thông tin thú vị về 2 loại sợi cao cấp này nhé!
1. Sợi carbon là gì?
Tấm sợi carbon
Nhiều nhà sản xuất đã quen thuộc với sợi carbon, còn được gọi là sợi than chì, vì những đặc tính tuyệt vời của chúng. Sợi carbon thuộc nhóm polymer, có đường kính chỉ khoảng 5 micromet. Tiền chất để sản xuất sợi là Polyacrylonitrile (PAN). Các sợi carbon tinh thể được xoắn lại với nhau dọc theo trục dọc thành những sợi dài, siêu bền. Chúng cứng hơn thép gấp 5 lần nhưng nhẹ hơn thép rất nhiều. Những lợi ích cơ bản mà sợi carbon mang lại bao gồm độ đàn hồi tốt, độ cứng, độ bền cao, chịu được nhiệt độ cao, chịu được thời tiết và kháng hóa chất tuyệt vời. Ngoài ra, sợi carbon còn có khả năng kết hợp với các vật liệu khác để bổ sung tính chất cho nhau mà không làm mất đi tính chất ban đầu. Để sản xuất sợi carbon cần có đội ngũ lành nghề vì quy trình sản xuất sợi rất phức tạp và cần phải quan sát cẩn thận.
Đọc thêm: Sợi carbon là gì?
2. Sợi aramid là gì?
Tấm sợi aramid
Không chỉ sợi carbon, sợi aramid cũng là một trong những vật liệu được đánh giá hàng đầu. Đây là một loại sợi tổng hợp còn được gọi là “polyamid thơm”. Cấu trúc của sợi aramid là chuỗi dài trong đó ít nhất 85% liên kết amit, (−CO−NH−) được gắn trực tiếp vào hai vòng thơm đóng vai trò là chất tạo sợi trong sản xuất. Sợi aramid cũng được liên kết dọc theo trục dọc. Xét về tính chất, loại sợi này bền gấp 5-6 lần thép và chỉ bền bằng một nửa thép. Đây có thể coi là loại vật liệu có khả năng chịu nhiệt cực tốt với mức độ nóng chảy lên tới khoảng 500 độ C. Các lĩnh vực như vật liệu quân sự, hàng không vũ trụ và vận tải rất ưa chuộng sợi aramid vì những đặc tính độc đáo của nó. Đặc tính nổi bật như khả năng chịu nhiệt độ cao, kháng hóa chất mạnh, tính linh hoạt và độ bền kéo cao.
Đọc thêm: Sợi aramid là gì?
3. Sự khác biệt là gì?
3.1 Hiệu suất vật liệu: Sợi Aramid và Sợi Carbon
Sợi aramid và sợi carbon đều là sợi tổng hợp có các đặc tính ưu việt như mô đun đàn hồi cao, độ bền kéo cao, độ bền tốt, chống ăn mòn tốt và chống lão hóa. Tuy nhiên, độ bền của 2 loại sợi này là khác nhau theo những so sánh cơ bản dưới đây:
3.1.1 Sợi aramid:
Dây gia cố bằng sợi aramid
- Thông số chung: AK-40 và AK-60 lần lượt là 0,193 mm và 0,286 mm
-
Hệ số dự trữ an toàn: 0,75 đến 0,95
-
Cường độ dao động: 0,85×2 060=1 751 MPa
3.1.2 Sợi carbon:
Dây cáp bằng sợi carbon
- Thông số kỹ thuật chung: 0,11mm, 0,167 mm và 0,333mm
-
Hệ số dự trữ an toàn: 0,5 đến 0,7
-
Cường độ dao động: 0,7×3 600=2520 MPa
-
Độ giòn có ít dấu hiệu trước khi hư hỏng
Nhìn chung, độ bền của sợi carbon lớn hơn nhiều so với sợi aramid, nhưng tính chất của nó giòn hơn nên phù hợp cho các ứng dụng có kết cấu chịu tải trọng tĩnh dài hạn. Ngược lại, sợi aramid linh hoạt hơn và có khả năng chống va đập cục bộ mạnh nên phù hợp cho các ứng dụng có bộ phận chịu tải trọng động.
3.2 Khả năng ứng dụng: Sợi Aramid và Sợi Carbon
Các loại sợi này được sử dụng rộng rãi trong các công trình kỹ thuật như cầu đường, công nghiệp, dân dụng, công trình ngầm,… Nguyên nhân chung là do tính chịu kéo của sợi aramid và sợi carbon nên chúng được dùng để gia cố các bộ phận cần căng, nén, uốn.
3.2.1 Ứng dụng sợi Aramid:
Những ứng dụng của sợi aramid
- Trong ngành hàng không vũ trụ: sợi aramid được dùng để sản xuất vỏ động cơ tên lửa và lốp máy bay nhờ đặc tính chịu nhiệt và độ bền cao.
-
Dụng cụ thể thao: dùng trong thiết kế mũ bảo hiểm, áo chống đạn và các đồ bảo hộ khác nhằm ngăn ngừa tác động cho vận động viên.
-
Ứng dụng công nghiệp: dùng làm gioăng, băng tải, ống mềm do có khả năng chịu mài mòn và chịu nhiệt cao.
Nó có khả năng chống cắt tuyệt vời, vì vậy chúng được sử dụng làm thành phần chống cắt của trụ và các gia cố địa chấn.
3.2.2 Ứng dụng của sợi carbon:
Những ứng dụng của sợi carbon
- Trong ngành hàng không vũ trụ: dùng để sản xuất các bộ phận như cánh, thân máy bay và bộ phận hạ cánh.
-
Dụng cụ thể thao: dùng để thiết kế xe đạp, vợt tennis, gậy golf giúp giảm trọng lượng và nâng cao thành tích cho vận động viên
-
Trong ngành công nghệ ô tô: thường được sử dụng trong sản xuất các loại vỏ xe như thân xe, gầm xe, các bộ phận treo. Nhờ ứng dụng sợi carbon nên trọng lượng của xe giảm đi đáng kể, giúp tiết kiệm nhiên liệu rất nhiều.
Nó có cường độ cao nhưng dễ gãy dẫn đến cường độ nén thấp nên được sử dụng làm liên kết bê tông chịu kéo và cốt thép dầm.
3.3 Ưu và nhược điểm của sợi Aramid và sợi Carbon
Dây cáp gia cố làm bằng sợi aramid
Ưu điểm: chịu va đập cao, chịu mài mòn do ma sát, chịu nhiệt cao, kháng hóa chất
Nhược điểm: giá cao hơn so với các vật liệu khác
Sợi carbon được sử dụng trong vỏ bọc thân xe
Ưu điểm: tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao, mô đun đàn hồi cao, rất cứng và có khả năng chống uốn, chịu được các chu kỳ ứng suất lặp đi lặp lại, chống ăn mòn từ hóa chất, kể cả axit và kiềm.
Nhược điểm: Giá thành cao hơn so với các vật liệu khác
4. Kết luận
Ứng dụng của sợi aramid và sợi carbon
Nhìn chung, mặc dù sợi aramid và sợi carbon đều có những đặc tính khác nhau nhưng chúng đều được phân loại là vật liệu hiệu suất cao. Nếu bạn cần chọn vật liệu có độ bền cao, cứng và chống mỏi cho ngành hàng không vũ trụ, ô tô hoặc thể thao, bạn có thể chọn sợi carbon. Nhưng nếu cần chọn chất liệu có khả năng chống va đập, mài mòn, chịu nhiệt để bảo vệ người sử dụng thì nên chọn sợi aramid. EuroPlas tự hào mang đến cho khách hàng những phân tích đáng tin cậy và những thông tin vô cùng hữu ích về đa dạng các loại vật liệu nhựa hàng đầu trên thị trường. Tìm hiểu thêm ở đây!