Sợi Carbon là gì?

Nội dung bài viết

expand_more

 

Sợi carbon là gì?

Sợi carbon thành phẩm

Gần đây, khi thị trường ngày càng chú trọng đến công năng của sản phẩm, những câu hỏi như sợi carbon là gì, cách sản xuất sợi carbon và tại sao sợi carbon lại đắt đến vậy luôn được nhiều nhà đầu tư đặt ra. Sở dĩ có sự quan tâm này là bởi trong số hàng loạt loại vật liệu mang lại nhiều lợi ích kinh tế thì sợi carbon vẫn là một trong những cái tên đáng chú ý. Sợi carbon mang lại một số lợi ích độc đáo mà các vật liệu khác không thể cung cấp. Hiện nay, các lĩnh vực như hàng không vũ trụ, ô tô và thiết bị thể thao có xu hướng ưa chuộng sợi carbon nhờ hiệu suất tối ưu và độ bền cao. Đây là loại vật liệu hội tụ đầy đủ những ưu điểm như nhẹ, bền, chống ăn mòn, kháng khuẩn cao, ứng dụng đa dạng, linh hoạt mà các loại vật liệu khác không thể so sánh được. Mặc dù có những đặc tính tuyệt vời nhưng sợi carbon thường được coi là vật liệu khá đắt tiền. Bây giờ hãy cùng tìm hiểu xem chi phí đầu tư cho sợi carbon có thực sự xứng đáng so với tiềm năng kinh tế mà nó mang lại nhé!

1. Sợi carbon là gì?


Sợi carbon dùng trong ô tô

Sợi carbon, còn được gọi là sợi than chì, thuộc nhóm polymer. Đây là loại vật liệu lý tưởng được sử dụng rất phổ biến trong sản xuất, mang lại lợi ích to lớn cho cả nhà sản xuất và người tiêu dùng. Sợi carbon là một loại vật liệu bao gồm các sợi carbon tinh thể mỏng hơn sợi tóc người được xoắn lại với nhau thành những sợi dài. Sau đó chúng sẽ được dệt lại với nhau thành vải hoặc một số chất liệu chuyên dụng. Hầu hết các sợi carbon được sản xuất bằng cách sử dụng polyacrylonitrile (PAN) làm tiền chất. Nó cứng hơn thép gấp 5 lần và bền gấp đôi, nhẹ hơn thép rất nhiều. Do đặc tính và kết cấu tuyệt vời của nó, các kỹ sư và nhà thiết kế có xu hướng chọn sợi carbon trong ứng dụng và sản xuất sản phẩm. Những lợi ích cơ bản mà sợi carbon mang lại bao gồm độ cứng, độ bền cao, độ đàn hồi tốt, chịu nhiệt độ cao, ít biến dạng do tác động bên ngoài (thời tiết, nhiệt độ cao…) và khả năng kháng hóa chất cực tốt. Bên cạnh đó, quy trình sản xuất tương đối phức tạp và đòi hỏi đội ngũ sản xuất có tay nghề cao.

2.   Làm thế nào để tạo ra sợi carbon?

2.1 Tổng quan quá trình


Quá trình sản xuất sợi carbon

Việc sản xuất sợi carbon bắt đầu từ nguyên liệu thô có thể được gọi là tiền chất. Như đã đề cập ở trên, phần lớn và cụ thể là khoảng 90% sợi carbon có nguồn gốc từ tiền chất gọi là polyacrylonitrile (PAN). Ngoài ra, một số chất có thể tạo ra sợi cacbon là tơ nhân tạo hoặc nhựa dầu mỏ. Sau đó, những vật liệu này sẽ trải qua một quy trình khá phức tạp để tạo ra sợi carbon thành phẩm. Tùy theo mục đích thương mại của nhà sản xuất, việc thay đổi tỷ lệ các chất trên có thể ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của sợi. Xem thêm về quy trình sản xuất sợi carbon chất lượng cao tại đây!

2.2 Ổn định nguyên tử của tiền chất


Ổn định nguyên tố của tiền chất

Trước khi bắt đầu quá trình cacbon hóa, các tiền chất cần được xử lý để chuyển đổi liên kết nguyên tử của chúng sao cho phù hợp với nhu cầu sản xuất. Tiền chất sẽ trải qua quá trình nung trong không khí ở nhiệt độ khoảng 200 – 300 độ C trong khoảng 30 đến 120 phút (tùy theo nguyên liệu). Sau khi được làm nóng, các sợi sẽ nhận được các phân tử oxy từ không khí và trải qua quá trình sắp xếp lại mô hình liên kết nguyên tử của chúng.
Quá trình ổn định này cũng khá phức tạp và cần được theo dõi, kiểm soát từ đầu đến cuối để tránh tình trạng sợi quang bị quá nóng. Thiết bị và kỹ thuật xử lý cũng rất đa dạng như buồng nhiệt, con lăn nóng, buồng treo, hay buồng trộn khí nóng trộn với một số loại khí khác để quá trình gia nhiệt hiệu quả hơn.

2.3 Cacbon hóa

Quá trình cacbon hoá

Sau khi trải qua quá trình ổn định, những vật liệu này sẽ được xe thành sợi dài rồi nung ở nhiệt độ rất cao khoảng 1000 – 3000 độ C. Ở nhiệt độ này, các nguyên tử trong sợi dao động với cường độ rất cao. Hầu hết các nguyên tử không phải cacbon bao gồm hơi nước, amoniac, carbon monoxide, carbon dioxide, hydro, nitơ và các nguyên tử khác sẽ bị trục xuất. Quá trình này giúp loại bỏ các nguyên tố phi carbon khỏi chúng để tạo thành các nguyên tử cacbon tinh khiết trong cấu trúc tinh thể. Bên cạnh đó, quá trình này cũng tách biệt hoàn toàn với oxi vì những nơi sợi ra vào lò đều được bịt kín. Môi trường không có oxy sẽ giúp sợi thô không bị cháy hoặc co lại. Khi kết thúc quá trình cacbon hóa, chúng ta thu được các sợi vật liệu bao gồm các sợi nguyên tử cacbon dài xoắn chặt với nhau. Cuối cùng, các sợi carbon sẽ được xử lý và cuộn thành cuộn để bảo quản và vận chuyển thuận tiện.

2.4 Xử lý bề mặt

Sơn epoxy phủ ngoài sợi carbon

Mặc dù đã trải qua quá trình cacbon hóa nhưng bề mặt của sợi carbon vẫn chưa được coi là có khả năng liên kết hoàn hảo. Để xử lý tình trạng này cũng như tăng cường liên kết, sợi carbon sẽ trải qua một quá trình khác gọi là quá trình oxy hóa. Cụ thể, sợi carbon sẽ được bổ sung thêm nguyên tử oxy lên bề mặt, mang lại tính chất cơ học và hóa học tốt hơn. Sợi carbon có thể được xử lý bằng cách phủ điện phân, ngâm trong các môi trường như không khí, ozon, carbon dioxide, natri hypoclorit hoặc axit nitric. Quá trình xử lý bề mặt cũng sẽ được kiểm soát cực kỳ chặt chẽ để tránh những khuyết tật nhỏ như rỗ hay trầy xước có thể ảnh hưởng lớn đến chất lượng của sợi.

2.5 Định cỡ

Các cuộn sợi carbon thành phẩm

Sau khi xử lý bề mặt, các sợi được phủ bên ngoài bằng các chất như epoxy, polyester, nylon, urethane và một số loại khác tùy theo nhu cầu và chiến lược kinh doanh. Lớp bảo vệ này giúp bảo vệ nó khỏi bị hư hỏng hoặc trầy xước trong quá trình dệt hoặc cuộn dây. Ở bước này, các sợi carbon sẽ được định hình thành các cuộn lớn nhỏ tùy theo nhu cầu đóng gói hay vận chuyển.

3. Tại sao sợi carbon lại đắt như vậy?


Sợi carbon ứng dụng trong xe mô tô

3.1 Quy trình sản xuất

Quy trình sản xuất sợi carbon được đánh giá là khá phức tạp vì mất nhiều thời gian và cần có thiết bị sản xuất chuyên nghiệp. Bên cạnh đó, quá trình sản xuất đòi hỏi đội ngũ kỹ sư lành nghề vận hành thiết bị và giám sát chặt chẽ để tạo ra sợi carbon hoàn hảo nhất. Điều này làm cho giá thành của vật liệu cao hơn các vật liệu khác.

3.2 Hiệu suất và lợi tức đầu tư (ROI)

Việc thay thế sợi carbon bằng các vật liệu khác đòi hỏi chi phí đầu tư cao hơn. Tuy nhiên, sợi carbon mang lại hiệu suất cao hơn nhiều lần so với chi phí ban đầu. Ví dụ, trong ngành hàng không, việc thay thế vật liệu bằng sợi carbon giúp máy bay giảm trọng lượng đáng kể, từ đó mở rộng phạm vi bay và giảm hao mòn, tiêu thụ năng lượng. Theo tầm nhìn dài hạn của chủ đầu tư, giá trị của sợi carbon hoàn toàn xứng đáng với chi phí sản xuất ban đầu.

4. Tổng kết

Tóm lại,sợi carbon có thể xem là một trong những vật liệu sản xuất chất lượng hàng đầu. Những sản phẩm được sản xuất từ sợi carbon lương chiếm ưu thế về độ bền, nhẹ, cứng cáp và ít bị biến dạng do tác động bên ngoài. Tuy giá thành cao hơn những vật liệu khác nhưng tính về hiệu suất sản phẩm thì sợi carbon không chỉ hoàn toàn xứng đáng với mức giá đầu tư ban đầu mà còn giảm thiểu các nguy cơ hư hại và bảo trì phức tạp. Bạn có thể dễ dàng tìm thấy những bài viết hữu ích về lựa chọn vật liệu cho dự án sắp tới, hãy tham khảo thêm tại EuroPlas!

Tin tức khác
PEKK vs PEEK: Những điểm khác biệt bạn cần biết
Giữa PEKK và PEEK thường có nhiều điểm khác biệt dễ bị bỏ qua. Hiểu rõ các đặc tính riêng biệt này giúp lựa chọn giải pháp sản xuất phù hợp và hiệu quả hơn.
 
Tất cả những gì bạn cần biết về nhựa PEKK
Có bao giờ bạn thắc mắc tại sao nhựa PEKK nổi bật so với các vật liệu khác không? Cùng giải mã tại sao PEKK lại tương thích cho nhiều lĩnh vực đến vậy.
 
EUROPLAS hân hạnh tham dự hội chợ ChinaPlas 2024
Sẵn sàng bứt phá cùng EUROPLAS tại ChinaPlas 2024 - Hội chợ Nhựa hàng đầu Châu Á.
Các loại nhựa nào có thể sử dụng trong lò vi sóng?
Hộp nhựa được dùng trong lò vi sóng ngày càng phổ biến nhờ tính tiện lợi của chúng. Để hạn chế rủi ro sức khỏe, xác định các loại nhựa an toàn khi sử dụng trong lò vi sóng là rất quan trọng. Bằng cách theo dõi bài viết này, bạn có thể sử dụng hộp nhựa an toàn trong lò vi sóng.
Vật liệu PVDF có những điểm đặc biệt nào?
Bạn đang tìm kiếm thông tin về vật liệu PVDF? PVDF là một vật liệu đáng chú ý được biết đến với những đặc tính đặc biệt và phạm vi ứng dụng rộng rãi. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá các đặc điểm và ứng dụng chính của vật liệu PVDF để tìm hiểu về PVDF được đánh giá cao như thế nào trong các ngành như xử lý hóa chất, hàng không vũ trụ, điện tử, v.v. 

Chia sẻ nhận xét về sản phẩm

Gửi nhận xét
GỬI ĐÁNH GIÁ CỦA BẠN
Đánh giá
Gửi
arrow_upward