Sợi Carbon là gì? Quy trình sản xuất, đặc điểm ứng dụng | Phúc Bền – Thiết bị công trình Việt

Sợi Carbon được mệnh danh là “siêu vật liệu”, có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đời sống. Không chỉ bền, nhẹ, chúng còn có các đặc tính cơ – lý vượt trội, hiệu suất hấp dẫn. Để hiểu rõ hơn về loại sợi này, hãy cùng Phúc Bền nghiên cứu cặn kẽ qua bài viết sau đây nhé!

Sợi Carbon là gì?

Sợi carbon có đường kính 5 – 10 micromet, nhỏ hơn tơ nhện trong tự nhiên, được tạo thành từ 90% nguyên tử carbon. Đây được xem là vật liệu tiêu biểu của thế kỷ 21 nhờ hội tụ các đặc trưng: nhẹ, nhỏ, khả năng chịu nhiệt tốt, chịu lực gấp 5 lần và cứng gấp 2 lần thép.

Vật liệu này còn được gọi là sợi carbon fiber ( CF ), tạo thành từ những nguyên vật liệu khác nhau như : polyacrylonitrile ( PAN ), xenlulo, graphite, than đá, dầu mỏ … Chúng hoàn toàn có thể xoắn lại với nhau thành dạng sợi, nhiều sợi dệt thành dạng vải .

Cấu tạo

Như chúng ta đã biết, sợi carbon được làm từ nhiều nguyên liệu, kết hợp với một số loại khí và chất lỏng để tạo ra phản ứng hóa học, giúp thành phẩm có độ bền đạt chuẩn. Mỗi nguyên liệu thô đầu vào sẽ tạo ra sợi carbon fiber có đặc trưng riêng. Trong đó, polyacrylonitrile chiếm 90%, 10% còn lại thuộc các loại sợi khác. Đặc biệt, graphite có tỉ lệ carbon trên 99%.

Bạn đang đọc: Sợi Carbon là gì? Quy trình sản xuất, đặc điểm ứng dụng | Phúc Bền – Thiết bị công trình Việt

Phân loại

Siêu vật tư này có nhiều cách phân loại, thông dụng nhất là 3 tiêu chuẩn sau đây :

• • Dựa vào nguyên liệu, ta có 90% sợi carbon được làm từ polyacrylonitrile, 10% được làm từ than đá, dầu mỏ, rayon hoặc các loại sợi khác.
  • Dựa vào đặc tính module, ta có: loại UHM module > 450 GPA, loại HM module 350 – 450 GPA, loại IM module 200 – 350 GPA, loại HT module < 100 GPA – độ bền kéo > 3 GPA, loại SHT độ bền kéo > 4.5 GPA.
  • Dựa vào nhiệt độ xử lý cuối cùng, ta có: loại I (HTT) sợi được xử lý nhiệt cao > 2000 độ C, loại II (HT) sợi được xử lý nhiệt trung gian từ 1500 độ C và loại III sợi được xử lý nhiệt thấp < 1000 độ C.

Đặc điểm

Sợi carbon là vật tư công nghệ tiên tiến mới, được ứng dụng ngày càng nhiều nhờ có những đặc tính ưu việt như :

• • Nhỏ hơn tơ nhện, nhẹ hơn gấp 5 lần so với nguyên tử sắt và có độ bền kéo cùng tỉ lệ đàn hồi cao.
  • Ổn định về kích thước, hệ số giãn nở thấp giúp sợi duy trì tính cơ học tuyệt vời, không bị biến dạng khi tiếp xúc với nhiệt độ cao.
  • Độ dẫn điện cao nhờ có trở kháng thể tích.
  • Có khả năng thấm tia X nên được sử dụng rộng rãi trong các dụng cụ y tế.
  • Sợi carbon fiber có các đặc tính khác như: trơ với hóa học và sinh học, khả năng chống ăn mòn, giảm chấn, tự bôi trơn.

Ứng dụng

Trong mọi nghành đời sống đều hoàn toàn có thể ứng dụng sợi carbon, đặc biệt quan trọng là ngành sản xuất và công nghiệp .

• • Dùng để làm siêu xe, mang đến độ bền, nhẹ và vận tốc vượt trội. Chẳng hạn như GTA Spano – chiếc xe nhanh nhất Tây Ban Nha được làm từ sợi carbon nguyên khối kết hợp với titan và sợi kevlar.
  • Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, loại sợi này được dùng làm tên lửa, máy bay không người lái. Cụ thể là cánh máy bay, chân vịt, trục truyền động, phanh máy bay, kính thiên văn, ống dẫn sóng.
  • Nhờ đặc tính giảm rung chấn, sợi carbon được dùng làm các thiết bị âm thanh, cánh tay robot, máy dệt, góp phần mang lại hiệu suất mạnh mẽ.
  • Được dùng làm các dụng cụ y tế như: thiết bị chụp X-quang, thiết bị phẫu thuật hoặc những bộ phận giả.
  • Làm các dụng cụ thể thao cao cấp như gậy golf, gậy bóng chày.
  • Siêu vật liệu còn được ứng dụng làm van, bộ phận máy bơm, thiết bị phóng xạ, máy phát điện trong các nhà máy hóa chất.
  • Đóng vai trò là chất gia cường, kết hợp cùng nhựa, bê tông tạo thành vật liệu tổng hợp.

Quy trình sản xuất sợi carbon

Cho đến tận giờ đây, sợi carbon vẫn là một loại vật tư rất là kỳ lạ so với con người. Chúng được tạo ra từ sự phối hợp thuần thục giữa hóa học và cơ học .
Nguyên liệu nguồn vào như polyacrylonitrile, xenlulo, graphite, Pitch sẽ được kéo thành sợi và nung ở nhiệt độ cao, trong điều kiện kèm theo không có oxy để nguyên tử carbon giao động can đảm và mạnh mẽ, đồng thời vô hiệu những thành tố không phải carbon .
Kế đến là quy trình giải quyết và xử lý mặt phẳng, định cỡ giúp sợi có chất lượng cao và bảo vệ nhu yếu kỹ thuật. Để hiểu rõ hơn về quy trình này, Phúc Bền xin lấy ví dụ về hoạt động giải trí sản xuất siêu vật tư carbon fiber bằng sợi polyacrylonitrile ( PAN ) .

Quay

Polyacrylonitrile sau khi phối hợp với 1 số ít thành phần khác theo tỉ lệ nhất định, sẽ được kéo thành sợi mảnh. Chúng được rửa sạch và căng ra để sẵn sàng chuẩn bị cho quy trình không thay đổi, carbon hóa .

Ổn định

Nguyên liệu thô nguồn vào sau khi kéo sợi sẽ trải qua quy trình biến hóa về mặt hóa học, giúp những link trở nên không thay đổi. Đây là bước nhỏ, nhưng đóng vai trò quan trọng, góp thêm phần quyết định hành động đến chất lượng thành phẩm .

Carbon hóa

Để những tinh thể carbon được link một cách ngặt nghèo, sợi sau khi trải qua quy trình không thay đổi sẽ được nung ở nhiệt độ rất cao. Đặc biệt, quá trình này không có sự tiếp xúc với oxy nhằm mục đích hạn chế hiện tượng kỳ lạ sợi bị cháy .

Xử lý bề mặt và định cỡ

Tiến hành oxy hóa mặt phẳng nhằm mục đích cải tổ tính link của sợi carbon. Sau đó, người sản xuất sẽ triển khai việc bọc lớp phủ, quấn lên những ống rồi đưa vào nhà máy sản xuất để xoắn sợi. Siêu vật liệu này hoàn toàn có thể ở dạng sợi, dệt thành vải, bện thành nguyên vật liệu gia cố tạo ra composite, hoặc tích hợp với những chất hình thành vật tư tổng hợp .

Phân biệt sợi carbon và sợi thủy tinh

Sợi carbon và sợi thủy tinh là những vật tư có nhiều ứng dụng trong đời sống. Chúng đều có tính đa năng và độ bền cao. Tuy nhiên, cần phân biệt 2 loại sợi này để đưa ra lựa chọn tương thích .

	Sợi Carbon	Sợi thủy tinh
Đặc tính	Độ cứng cao, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ. Kháng hóa chất, chịu nhiệt tốt, ít biến dạng giãn nở, dẫn điện tốt. Xem thêm: Điểm chuẩn Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông cao nhất là 26,9 Chống ăn mòn, chống mỏi, giảm rung chấn, có năng lực thấm tia X .	Độ cứng cao, trọng lượng nhẹ. Kháng hóa chất, chống cháy, không dẫn điện dẫn nhiệt, không thấm nước . Chống ăn mòn hiệu suất cao .
Độ bền kéo	700 MPA	1000 MPA
Tính đàn hồi	72.5 GPA	651.5 GPA
Ứng dụng	Được dùng rộng rãi trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, cơ khí chế tạo, y tế, thể thao.	Được dùng làm ống dẫn, bể chứa, vật liệu cách điện cách nhiệt.

So với sợi thủy tinh, sợi carbon có những thế mạnh nổi trội về độ bền chắc, hoàn toàn có thể uốn cong, kéo căng mà không bị nứt vỡ .

Những câu hỏi xoay quanh sợi carbon

Được xem là vật tư công nghệ cao của thế kỷ 21, loại sợi này nhận được nhiều sự chăm sóc của người dùng. Ngoài những thông tin cốt lõi vừa được Phúc Bền cung ứng, còn vô vàn thắc mắc đang chờ được giải đáp, tiêu biểu vượt trội như :

Sợi carbon có tái chế được không?

Câu vấn đáp là : “ không dễ, nhưng vẫn hoàn toàn có thể tái chế ”. Các nhà khoa học trên quốc tế đã điều tra và nghiên cứu và nghĩ ra cách nghiền nát sợi carbon rồi trộn vào bê tông để tăng năng lực thoát nước .
Loại bê tông có chứa carbon này được ứng dụng trong những khu vực ô nhiễm hoặc tiếp tục mưa lũ, giúp thấm và thoát nước nhanh. Tuy nhiên, vật liệu có năng lực chịu lực không cao nên chỉ tương thích với những điều kiện kèm theo nhất định .

Sợi carbon có ưu điểm gì so với kim loại?

So với sắt kẽm kim loại, sợi carbon có nhiều ưu điểm tiêu biểu vượt trội như :

• • Siêu nhẹ, chỉ bằng 1/4 – 1/5 khối lượng riêng của sắt, bằng 1/2 của sợi thủy tinh, nhưng vẫn đảm bảo khả năng chịu lực tốt.
  • Cứng hơn thép gấp 5 lần.
  • Tính đàn hồi của carbon fiber cao gấp 7 lần sắt

Nhờ đó, loại sợi này được ứng dụng trong nhiều nghành nghề dịch vụ đời sống, sửa chữa thay thế cho sắt kẽm kim loại. Tuy nhiên, sợi carbon có tính giòn và năng lực dẫn điện nên cần có một lớp phủ nhựa bên ngoài .

Tạm kết

Chúng ta đã vừa tìm hiểu nhiều thông tin bổ ích về sợi carbon, biết được đặc điểm cấu tạo, vai trò và ứng dụng của siêu vật liệu này trong đời sống. Thông qua bài viết, Phúc Bền hy vọng đã mang đến cho quý khách hàng những lời giải đáp thỏa đáng, đồng thời trang bị thêm các kiến thức cần thiết để sử dụng hiệu quả.

CÔNG TY TNHH MTV SẢN XUẤT THƯƠNG MẠI PHÚC BỀN

Email: [email protected]

Xem thêm: HUTECH chính thức công bố Đề án tuyển sinh Đại học chính quy năm 2022

Hotline: 0916 36 36 36

Website: https://vh2.com.vn/

Địa chỉ: 600 Quốc Lộ 1A, Phường Thạnh Lộc, Quận 12, Thành phố Hồ Chí Minh

Source: https://vh2.com.vn
Category : Công Nghệ