Quy trình sản xuất, phân loại sợi carbon

Sợi carbon là một loại sợi công nghiệp, được cấu tạo từ nguyên tử carbon (chứa 90% là carbon ký hiệu C trong bảng yếu tố hóa học). Sợi carbon mang tính chất vật lý đặc trưng là : nhẹ, nhỏ, khả năng chịu lực và chịu nhiệt tốt, độ cứng gấp 2 lần và chịu tải gấp 5 lần thép. Những sợi carbon mang thể được xoắn lại với nhau tạo thành dạng sợi, hoặc những sợi mang thể được dệt lại với nhau tạo thành dạng vải (tiêu dùng để could găng tay tĩnh điện phủ PU).

Do mang cấu tạo từ 90% là 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).

Mỗi sợi carbon mang kích thước tính bằng đơn vị micro mét (bằng 1 phần 1 triệu mét), nhỏ hơn cả sợi tơ nhện trong tự nhiên. Vào năm 1960, sợi carbon lần trước nhất được sử dụng trong tên lửa xe tăng, và trở thành loại vật liệu của tương lai.

Tuy nhiên sau hơn 50 năm trôi qua, sợi carbon vẫn là một loại vật liệu vô cùng lạ lẫm với đời sống con người bởi giá thành của nó quá đắt.

Với thể bạn sử dụng rộng rãi:

Cao su Nitrile là gì? Tính chất của cao su Nitrile

Quy trình gia công sợi carbon

Để mang thể tạo ra loại carbon sử dụng để gia công sợi carbon, cần phải tiêu hao một nửa lượng vật liệu ban sơ do nhiệt dẫn tới sản phẩm cuối cùng. Do đó mà giá thành sản phẩm sẽ gấp đôi so với vật liệu.

Ngoài ra giá thành gia công, khấu hao máy móc, nhân lực cũng góp phần vào làm cho giá thành của sợi carbon khá cao. Chính vì vậy mà việc ứng dụng đại trà sợi carbon này cũng cần phải một khoảng thời kì rất dài nữa.

Trong những ngành công nghiệp cung ứng máy như ô tô, tàu bay,…lúc động cơ ko thể cải tiến hơn được nữa, thì đó là lúc ứng dụng những loại vật liệu như sợi carbon vào trong gia công nhằm tăng hiệu suất của động cơ, giảm nhiên liệu tiêu hao, tăng độ bền.

Để tách carbon ra khỏi vật liệu ban sơ cần những hệ thống to và nhiệt độ cao, một trong những bước quan yếu của quá trình này chính là oxy hóa ổn định. Những sợi carbon lúc đó phải được đưa qua những lò dài từ 15 mét tới 30 mét trong nhiệt độ lên tới hàng trăm độ C, và quá trình này kéo dài hàng giờ đồng hồ.

Sau lúc 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 ko to, và thời kì cũng ko dài, tuy nhiên nhiệt độ yêu cầu phải rất cao (khoảng 1000 độ C) cho bước đầu, và tăng dần ở những bước sau. Do đó mà những nhà máy gia công sợi carbon nhu yếu một hệ thống xử lý khí thải nhằm tránh tương tác tới môi trường xung quanh (số tiền để thực hiện vững chắc là một con số khổng lồ), nếu ko được xử lý đúng cách sẽ gây ra ô nhiễm môi trường nặng.

Tuy nhiên, những gì thu được chỉ mới ngừng lại ở những sợi đơn lẻ, chưa phải là vật liệu sáng bóng, nhẹ và bền như quý khách 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 kỹ lưỡng và chuẩn xác tuyệt đối, những sợi carbon phải được kéo ra đồng đều và đủ căng. Chỉ cần một sợi bị chùng, sẽ làm tương tác tới những sợi khác và làm hư hỏng toàn bộ mạng tinh thể đó. Để bù đắp lại rủi ro trong quá trình gia công, những nhà gia công phải cùng thêm 10% rủi ro gia công vào mức giá gốc (1 nguyên nhân làm mà giá sợi carbon cao).

Nhưng sợi carbon vẫn chưa phải là thứ những nhà gia công cần, những sợi carbon phải phối hợp với một loại nhựa được làm rắn lại bằng nhiệt hóa để tạo ra một loại hỗn hợp mang thể gia công được để cung ứng ra những sản phẩm mang hình dạng nhất định. Sau lúc được định hình và lưu hóa trong lò hấp, hình dạng của sản phẩm ko thể thay đổi được nữa, một lỗi nhỏ xảy ra cũng sẽ làm tiêu hao rất nhiều nguyên vật liệu.

Phân biệt sợi thủy tinh và sợi carbon

Sợi Carbon Sợi thủy tinh Về cơ bản, sợi carbon bền, chắc hơn sợi thủy tinh và mang thể thay thế kim loại trong một số ứng dụng, tuy nhiên sợi thủy tinh mang mô đun đàn hồi thấp hơn sợi carbon nên lúc bị uốn cong và căng sẽ ko bị vỡ Đặc tính

• Độ cứng cao
• Khả năng chịu kéo cao
• Nhẹ
• Kháng hóa chất
• Chịu được nhiệt, giãn nở nhiệt thấp

• Ko cháy
• Ko mục nát
• Ko thấm nước
• Bền với những axit
• It đàn hồi hay co giãn
• Ko dẫn nhiệt, ko dẫn điện, ko hút ẩm

Cường độ chịu kéo

• 700 MPa

• 1000 MPa

Mô đun đàn hồi

• 72.5 GPa

• 651.5 GPa

Ứng dụng

• Làm gậy bóng chày
• Làm gậy chơi golf
• Làm thân tàu bay
• Gia cường kết cấu bê tông
• Làm lazang xe ô tô
• Gia công thảm cao su chống tĩnh điện

• Làm bảng điều khiển xe ô tô
• Làm thân máy could, tàu thuyền
• Làm đường ống
• Làm bể chứa
• Làm mũ bảo hiểm
• Làm vật liệu cách điện, cách nhiệt
• Gia cường kết cấu

Siêu thị gia công sợi carbon

Hexcel

Thành lập vào năm 1948, Hexcel gia công sợi carbon ở Mỹ và Châu Âu. Sản phẩm sợi carbon Hexcel rất thành công trong thị trường hàng ko vũ trụ dưới tên thương nghiệp Hextow.

Mitsubishi nhà hàng TNHH Rayon

Mitsubishi Rayon Co. (MRC) là một chi nhánh của Mitsubishi Chemical Holdings, chuyên gia công carbon PAN sợi sử dụng trong những ứng dụng tổng hợp, ứng dụng yêu cầu trọng lượng nhẹ và độ bền cao. Chi nhánh US, Grafil gia công sợi carbon dưới tên thương nghiệp Pyrofil.

Sản phẩm của MRC mang thể tiêu dùng trong kỹ thuật hàng ko vũ trụ, tuy nhiên thường được tiêu dùng trong những thiết bị thương nghiệp và vui chơi tiêu khiển như áo khoác moto, găng tay, thiết bị thể thao (gậy bóng chày, gậy đánh golf).

Nippon Graphite Corp

Trụ sở chính tại Nhật Bản, Nippon đã khởi đầu gia công sợi carbon từ năm 1995 và đã được thị trường đón nhận nhờ giá thành tối ưu. Sợi carbon Nippon thường được tìm thấy trong những loại cần câu, gậy khúc côn cầu, vợt tennis, gậy đánh golf, khung xe đạp.

Với thể bạn sử dụng rộng rãi:

Cao su Latex là gì? Phân loại cao su Latex

Phân loại vải sợi carbon

Vải carbon mang 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 mang tác dụng chong tinh dien.

Vải carbon được gia công bằng kỹ thuật prepreg (kỹ thuật gia công những vật liệu composite bán thành phẩm) mang đặc điểm cứng hơn thép, nhẹ hơn sợi nhựa thủy tinh, tính chất vượt trội hơn rất nhiều soi với những loại vải sợi thủy tinh, vải sợi tráng silicon và những loại vải sợi công nghiệp khác.

Vải sợi carbon được phân ra thành loại khác nhau như: 1k (1000 filaments), 3K, 6K, 12K, 24K, 40K.

Vải sợi carbon 3K

Được ứng dụng phổ quát nhất hiện nay trong những ngành công nghiệp, thiết bị gia dụng, robotic, ngành công nghiệp kỹ thuật cao khác gồm cả hàng ko vũ trụ.

Vải sợi carbon 6K

Được tiêu dùng trong kết cấu yêu cầu sự dai sức, nhưng vẫn đảm bảo tính gọn nhẹ và mang thể tạo đường nét mang hình dạng và góc phức tạp.

Vải sợi carbon 12K

Thường tiêu dùng trong những lĩnh vực yêu cầu cấu trúc vững chắc như xây dựng, hàng hải, gia cố cho những vật liệu mang trọng lượng nhẹ hơn.

Vải sợi carbon 24K

Với trọng lượng nhẹ, độ bền cao, độ cứng cao, vững chắc hơn. Loại vải sợi carbon 24K này thường sử dụng cho những loại mô hình, xe thể thao, cung ứng tàu bay, đóng tàu thuyền, thiết bị thể thao, gia công ô tô.

Giá bán vải sợi carbon từ 300.000/mét trở lên, tùy theo nhà cung cấp và loại vải, kiểu vải