15/02/2020
GIỚI THIỆU SỢI CARBON FIBER
Sợi carbon hoặc sợi carbon ( hoặc CF, sợi graphite ) là sợi khoảng chừng 5-10 micromet đường kính và cấu trúc hầu hết của những nguyên tử carbon .
Để sản xuất một sợi carbon, những nguyên tử carbon được link với nhau trong tinh thể được nhiều hơn hoặc ít hơn kết song song với trục dài của sợi như sự link tinh thể phân phối cho những chất xơ cao sức bền trên khối lượng tỷ suất ( làm cho nó can đảm và mạnh mẽ so với kích cỡ của nó ) .
Vài nghìn sợi carbon gộp lại với nhau để tạo thành một sợi kéo, có thể được sử dụng bởi chính nó hoặc dệt thành vải.
Các đặc thù của sợi carbon, ví dụ điển hình như độ cứng cao, độ bền kéo cao, khối lượng thấp, kháng hóa chất cao, chịu được nhiệt độ cao và co và giãn nhiệt thấp, làm cho họ rất thông dụng trong ngành hàng không, khu công trình gia dụng, quân sự chiến lược, và xe hơi thể thao, cùng với môn thể thao cạnh tranh đối đầu khác .
Tuy nhiên, nó là tương đối đắt khi so sánh với những loại sợi tương tự như, ví dụ điển hình như Sợi Thủy Tinh hoặc sợi nhựa .
Sợi carbon thường được tích hợp với những vật tư khác để tạo thành một hỗn hợp. Khi tích hợp với một loại nhựa nhựa và vết thương hoặc đúc nó tạo thành polymer sợi carbon gia cố ( thường được gọi là sợi carbon ) trong đó có một rất cao sức mạnh trên khối lượng tỷ suất, và cực kỳ cứng ngắc mặc dầu hơi giòn .
Tuy nhiên, sợi carbon cũng được ghép lại với những vật tư khác, ví dụ điển hình như với than chì để tạo thành hợp chất carbon-carbon, trong đó có một năng lực chịu nhiệt rất cao .
________________________________________
CARBON FIBER LÀ GÌ ?
Sợi Carbon là loại sản phẩm được sản xuất hầu hết từ cacbon. Hàm lượng carbon là 90 % hoặc nhiều hơn với sợi có mô đun đàn hồi tiêu chuẩn và 100 % sợi carbon có mô đun đàn hồi cao .
Bên cạnh Cacbon, Nito là nguyên tố chính trong sợi cacbon. Sợi Carbon được sản xuất bằng cách nung sợi polyacrylonitrile ( PAN ), sợi dầu hoặc một sợi hữu cơ khác trong khí trơ để phân tách những yếu tố khác carbon. Ít nhất 90 % sợi carbon thương mại là sợi carbon PAN làm từ sợi PAN, do tại sợi carbon PAN ưu việt hơn so với sợi dầu về mặt cân bằng hiệu suất, ngân sách, dễ sử dụng …
Toray sản xuất sợi carbon PAN. Trên thực tiễn, Toray đứng vị trí số 1 ngành công nghiệp sản xuất sợi carbon về hiệu suất, chất lượng và khối lượng .
Hai tính năng ưu việt của sợi carbon là cường độ cao và khối lượng nhẹ. Trọng lượng riêng của carbon giao động 1.8, bằng 1/4 khối lượng riêng của sắt. Sợi cacbon cũng nhẹ hơn nhôm và sợi thủy tinh có khối lượng riêng lần lượt là 2,7 và 2,5 .
Ngoài ra, sợi cacbon có cường độ cao và mô đun đàn hồi lớn, cường độ của nó được xác lập bằng cách chia độ bền kéo cho khối lượng riêng, giao động khoảng chừng 10 lần so với cường độ của sắt, mô đun đàn hồi được xác lập bằng cách chia mô đun độ dãn dài cho khối lượng riêng, gấp 7 lần so với của sắt. Đó là lí do sợi cacbon là một vật tư nhẹ tương thích để sửa chữa thay thế những vật tư sắt kẽm kim loại thường thì .
Sợi carbon có đặc thù khác như không phá hoại bởi mỏi, gỉ hóa học và nhiệt. Đây là loại vật tư có độ an toàn và đáng tin cậy cao bảo vệ độ không thay đổi trong thời hạn dài, ngay cả dưới điều kiện kèm theo thời tiết khắc nghiệt .
________________________________________
SỢI CARBON – NHỮNG ĐIỀU ÍT AI BIẾT
Trong những thập kỉ gần đây, sợi carbon khởi đầu được ứng dụng thoáng đãng. Nó được sử dụng ở những nơi mà thiên nhiên và môi trường khắc nghiệt đóng vai trò quan trọng .
Những Dấu Son Lịch Sử
Ít ai nghĩ sợi carbon ( Carbon fiber – CF ) được sáng tạo vào năm 1879 bởi Thomas Edison và được coi là loại sợi tổng hợp cổ nhất của loài người, lại có giá trị lớn lao đến thế so với sự tăng trưởng khoa học kỹ thuật tân tiến .
Ban đầu, nhà ý tưởng này đã sử dụng sợi carbon làm dây tóc của bóng đèn. Mặc dù lúc đó sợi sợi carbon không giống như sợi carbon ngày này, nhưng chúng lại có sức chịu đựng đáng kể với nhiệt độ, điều này khiến cho sợi carbon trở thành ý tưởng sáng tạo không tồi cho những loại sợi dẫn điện .
Edison chế tạo sợi carbon dựa trên chất xenluloza gồm có cotton hoặc tre, hoàn toàn không giống như sợi carbon ngày nay làm từ dầu mỏ. Sự carbon hóa được tiến hành từ việc đốt cháy các sợi xenlulo ở nhiệt độ cao trong môi trường tiêu chuẩn dưới sự kiểm soát chặt chẽ.
Thomas Edison đã mất 40 giờ đốt cháy liên tục vật chất trên nhằm mục đích vô hiệu oxy, nitơ, hydro và chỉ giữ lại carbon để tạo ra những sợi carbon tiên phong trên quốc tế .
Phương pháp sản xuất trên được gọi là “ nhiệt phân ” và vẫn được dùng trong thời đại ngày này. Kết quả là những sợi tre được “ carbon hóa ” có năng lực chịu lửa và nhiệt độ cao – điều kiện kèm theo thiết yếu cho sự cháy sáng của dây tóc bóng đèn .
CẤU TRÚC PHÂN TỬ SỢI CARBON
Về sau, đến tận những năm 1950 năng lực kéo giãn của sợi carbon mới được mày mò. Người tiên phong được cho là tạo ra sợi carbon thời nay có tên là Rayon. Ngày nay, sợi carbon tân tiến được sản xuất bởi một vật tư có tên là polyacrylonitrile ( PAN ), đây cũng là nguyên vật liệu được sử dụng để sản xuất hầu hết khối lượng sợi carbon hiện tại .
________________________________________
Tại Sao Sợi Carbon Nhẹ Và Bền ?
Có tới hơn 90 % sợi carbon được tạo thành từ những nguyên tố carbon, tất yếu khối lượng nguyên tử của nguyên tố carbon nhẹ hơn nguyên tố sắt kẽm kim loại .
Chúng ta đều biết những vật chất có cấu trúc từ nguyên tử carbon đều rất nhẹ. Ví dụ như kim cương, than củi, than hoạt tính và than chì đều được cấu thành từ những nguyên tử carbon. Với cấu trúc của mình, sợi carbon cũng thuộc nhóm này và có đặc thù tương đương kim cương. Kim cương là vật tư cứng và bền nhất trong khi than chì mềm và trơn .
Sự khác nhau giữa chúng xuất phát từ nguyên do cấu trúc tinh thể khác nhau. Có thể hiểu đơn thuần than củi mềm do cấu trúc tinh thể sắp xếp không theo trật tự, không vững chắc trong khi cấu trúc tinh thể kim cương rất trật tự và đồng đều nên rất bền .
– Kim cương có cấu trúc tinh thể carbon ba chiều trong khi sợi carbon có cấu trúc mạng lưới hai chiều với các nguyên tố carbon sắp xếp trật tự thẳng hàng và quấn lấy nhau.
Tóm lại, sợi carbon bền khi nó ít lẫn các nguyên tố khác và sắp xếp trật tự.
________________________________________
SỢI CARBON SỞ HỮU TÍNH VƯỢT TRỘI SO VỚI KIM LOẠI
Những quyền lợi mang lại từ loại sợi carbon là quá rõ ràng : nó có khối lượng nhẹ hơn nhiều so với thép nhưng lại có độ bền lớn hơn nhiều so với thép .
Ngoài ra, những quyền lợi quan trọng của Sợi Carbon còn phải kể đến như sức năng lực chịu kéo giãn lớn, tính đàn hồi thấp. Chính những yếu tố này đã đóng vai trò quan trọng trong việc tăng mức độ cứng cho cấu trúc hình nón ở mũi máy bay siêu âm. Sợi carbon trên thị trường thường có đường kính 7 – 10 μm được cấu trúc từ khoảng chừng 30.000 sợi đơn. Các sợi đơn gồm những tấm graphit mỏng mảnh thẳng, xoắn hoặc cuộn vào nhau. Tính chất của sợi phụ thuộc vào vào sự khuynh hướng của những tấm graphit đó .
Nói vậy không có nghĩa sợi carbon không có điểm yếu kém, sợi carbon dòn và hoàn toàn có thể dẫn điện và tạo điều kiện kèm theo cho quy trình ăn mòn điện hóa sắt kẽm kim loại. Vì vậy, những những chi tiết cụ thể làm từ sợi carbon thường có lớp vật tư khác như nhựa tráng phủ bên ngoài .
________________________________________
SỢI CARBON NGÀY CÀNG ĐƯỢC ỨNG DỤNG RỘNG RÃI
Trong những thập kỉ gần đây, sợi carbon mở màn được ứng dụng thoáng rộng tới nghành thương mại, máy bay gia dụng, công nghiệp, giao thông vận tải vận tải đường bộ. Nó cũng được sử dụng ở những môi trường tự nhiên mà khắc nghiệt : nhiệt độ cao để làm Gioăng chịu nhiệt, hóa chất trơ bền cơ học để làm Dây Tết Chèn, nhiều rung động đóng vai trò quan trọng .
Ngày nay, Mỹ là thị trường lớn nhất thế giới chiếm 60% tổng sản lượng sợi carbon trong khi Nhật Bản là quốc gia sản xuất tới 50% tổng sản lượng toàn cầu. Nhà máy sản xuất sợi carbon lớn nhất thế giới được đặt tại Nhật Bản với tên gọi Toray Industries of Japan. Toàn bộ lượng sợi carbon chưa thành phẩm (sợi đơn) hầu như đều được sản xuất tại Nhật Bản.
Theo Công ty TNHH Mitsubishi Rayon ( Tokyo, Nhật Bản ), một công ty chuyên sản xuất sợi carbon, lượng sợi carbon ứng dụng trong những loại sản phẩm tương quan tới thể thao trên toàn quốc tế đã đạt ngưỡng 5.000 loại sản phẩm .
Trong tương lai, chắc rằng sợi carbon vẫn là một loại vật tư nhẹ đáng an toàn và đáng tin cậy cho rất nhiều hãng sản xuất trên quốc tế. Vấn đề giờ đây cần xử lý là giá thành cho loại vật tư ưu việt này vẫn ở mức quá cao khiến nó chưa được vận dụng thực sự phổ cập trong nhiều nghành .
Biên soạn!
Admin: VINDEC
