Hiện nay, vải sợi carbon rất được yêu thích bởi có tính năng cơ học rất cao, khả năng chịu nhiệt tốt cũng như tải trọng cao, độ cứng và độ bền cao hơn so với chất liệu khác. Cùng MARC tìm hiểu về loại vải sợi carbon này xem có ưu nhược điểm gì nhé.

Vải sợi carbon là gì?

Vải sợi carbon là loại sợi chứa ít nhất 90% nguyên tử carbon được kiểm soát chặt chẽ trong quá trình nhiệt phân sợi nguyên liệu ban đầu. Ngoài ra, còn có sợi graphite là sợi có trên 99% nguyên tố carbon.

Vải sợi carbon chứa ít nhất 90% nguyên tử carbon

Đặc điểm của sợi carbon

Sợi graphite là sợi có trên 99% nguyên tố carbon, sợi carbon có những đặc điểm sau:

  • Trọng lượng thấp, dễ di chuyển.
  • Độ cứng và sức bền cao.
  • Chịu được nhiệt độ cao.
  • Kháng hóa chất cao, hạn chế hao mòn.
  • Với việc có tới 90%  nguyên tố carbon, khối lượng nguyên tử của nguyên tố carbon nhẹ hơn nguyên tố kim loại nên sợi carbon cũng nhẹ hơn rất nhiều so với những vật liệu kim loại khác.

Đặc điểm của sợi carbon chịu được nhiệt độ cao

Những ưu nhược điểm của vải sợi carbon

Ưu điểm

  • Siêu nhẹ:Với mật độ siêu thấp là 1, 5g/cm3, vải carbon nhẹ hơn hẳn so với các chất liệu thông thường. 
  • Cứng: Vải sợi carbon có khả năng cung cấp độ cứng cáp cao trong khi vẫn giữ được trọng lượng nhẹ. Điều này làm cho nó trở thành một vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu cân nặng thấp và tính cơ học tốt.
  • Siêu bền, vững chắc: Vải sợi carbon có khả năng chịu được các tải trọng cao, bao gồm cả tải trọng kéo, nén và uốn. Đồng thời vải sợi carbon có khả năng chịu lực gấp 5 và cứng rắn gấp 2 lần thép. Điều này làm cho nó trở thành vật liệu phổ biến trong việc sản xuất các bộ phận và cấu trúc yêu cầu độ bền cao.
  • Khả năng chịu nhiệt tốt: Với khả năng chịu nhiệt lên đến hàng trăm độ C, vải sợi carbon thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu nhiệt cao như trong hàng không và hàng không vũ trụ.
  • Khả năng chống ăn mòn tốt: Sợi carbon có khả năng chống ăn mòn và ăn mòn hóa học tốt, giúp duy trì tính hiệu suất trong môi trường khắc nghiệt.
  • Dễ cắt và định hình: Vải sợi carbon có thể dễ dàng cắt và định hình theo yêu cầu cụ thể của các ứng dụng.
  • Khả năng dẫn điện: Sợi carbon có khả năng dẫn điện tốt, nên nó thường được sử dụng trong việc tạo ra các cấu trúc dẫn điện như trong vi mạch điện tử hoặc ứng dụng chống tĩnh điện.

Ưu điểm của vải carbon là dễ cắt và dễ định hình

Nhược điểm

  • Độ giòn: Mặc dù có độ bền cao nhưng sợi carbon lại giòn, dễ gãy đứt. 
  • Khó tái chế: Sợi vải carbon có thể tái chế được, tuy nhiên quá trình tái chế vất vả và phức tạp. 

Quy trình sản xuất sợi carbon như thế nào?

Để có thể tạo ra các nguyên tử cacbon làm nguyên liệu sản xuất sợi carbon cần phải tiêu hao đến một nửa lượng nguyên liệu ban đầu do nhiệt dẫn để đến sản phẩm cuối cùng. Chính vì vậy mà giá sợi carbon luôn cao hơn gấp đôi so với nguyên liệu. 

Quy trình sản xuất sợi vải carbon bao gồm cả quá trình cơ học và hóa học. Nguyên liệu thô được gọi là tiền chất sẽ được kéo thành các sợi dài rồi sau đó được nung ở nhiệt độ cao trong môi trường khí trơ (môi trường kỵ khí không có oxy). Thay vì đốt cháy nguyên liệu ở nhiệt độ cao làm cho các nguyên tử trong sợi nguyên liệu dao động một cách dữ dội đến mức làm cho tất cả các nguyên tử phi carbon bị đẩy ra ngoài. 

Sau khi hoàn thành tách phân tử carbon hay quá trình carbonat hóa. Sợi còn lại của quá trình chính là này chính là một chuỗi các nguyên tử cacbon kéo dài được liên kết một cách chặt chẽ với nhau với ít hoặc không có các nguyên tử ngoài carbon. Những sợi này sau đó được dệt thành vải hoặc kết hợp với các nguyên liệu khác quấn thành sợi hay đúc thành những hình dạng khác nhau như mong muốn.

Quy trình sản xuất sợi carbon

Có thể tóm tắt quy trình sản xuất sợi carbon thành các bước đơn giản dưới đây:

  • Quay vòng: Nguyên liệu thô PAN được trộn với những thành phần khác để kéo thành sợi, sau đó được rửa sạch sẽ rồi kéo dài. 
  • Ổn định: Các sợi trải qua quá phản ứng hóa học để ổn định các liên kết.
  • carbon hóa: Các sợi sau khi ổn định liên kết được đem đi nung ở nhiệt độ cao trong môi trường kỵ khí để tạo thành các tinh thể carbon có liên kết chặt chẽ với nhau.
  • Xử lý bề mặt: Sau đó bề mặt của các sợi carbon hóa sẽ được xử lý oxy hóa để cải thiện tính chất liên kết.  
  • Định cỡ: Sợi được tráng và quấn trên suốt chỉ, được đưa vào trong các máy kéo sợi để xoắn sợi tạo nên các kích thước khác nhau. Thay vì được dệt thành vải thì sợi carbon cũng có thể tạo thành các vật liệu composite hay sử dụng nhiệt áp suất hoặc chân không để có thể liên kết các sợi với nhau bằng polyme nhựa. 

Các ống nano carbon sẽ được sản xuất theo một quy trình khác với những sợi carbon tiêu chuẩn. Và được ước tính là có sức mạnh gấp 20 lần so với tiền thân của chúng. Các ống nano carbon được tạo thành trong lò nung sử dụng tia laser để làm bốc hơi những hạt carbon.

Trên đây là những thông tin về vải sợi carbon mà MARC đem tới cho bạn, hy vọng sẽ có thêm kiến thức về loại vải này. Còn bây giờ, hãy truy cập ngay vào website Marc.com.vn để cập nhật những thông tin mới nhất về thời trang nhé.