Sợi carbon là gì?

2025-09-29 09:44:05

Sợi carbon là vật liệu sợi tinh chế có hàm lượng carbon trên 90%. Nhiều sản phẩm hiệu suất cao mà chúng ta thường thấy trong cuộc sống hàng ngày không chỉ đơn giản là sợi carbon; chúng thường là vật liệu tổng hợp sợi carbon. Chúng được tạo ra bằng cách kết hợp tiền chất sợi carbon với nhựa để tạo ra vật liệu tổng hợp hiệu suất cao. Những vật liệu tổng hợp này sau đó được xử lý và đúc để đạt được các tính chất cơ học nâng cao. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng ô tô, y tế, hàng không vũ trụ và tiêu dùng.

Ưu điểm của sợi carbon

Lý do cơ bản khiến vật liệu tổng hợp sợi carbon được sử dụng trong nhiều lĩnh vực là vì chúng mang lại nhiều ưu điểm, chủ yếu là cường độ cao, mô đun cao, mật độ thấp, chống ăn mòn, chịu nhiệt độ cao, chống mỏi, hệ số giãn nở nhiệt thấp, độ truyền tia X tuyệt vời và đặc tính che chắn điện từ. Nó còn được gọi là "vàng đen". Vật liệu tổng hợp được gia cố bằng sợi carbon thừa hưởng những đặc tính này, vượt trội đáng kể so với vật liệu kim loại và nhựa truyền thống về hiệu suất và ưu điểm, dẫn đến ứng dụng rộng rãi của chúng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Tại sao sợi carbon lại đắt như vậy?

Lý do sợi carbon đắt như vậy thực chất là do giá của các sản phẩm sợi carbon cao, thường gấp mấy lần giá của các vật liệu kim loại tương tự. Một trường hợp điển hình là mui xe bằng sợi carbon trên ô tô. Thiệt hại sau va chạm có thể lên tới hàng chục nghìn nhân dân tệ. Giá cao của các sản phẩm sợi carbon xuất phát từ hai yếu tố: giá thành cao của vật liệu sợi carbon và bản thân quy trình sản xuất đã ngăn cản cơ giới hóa hoàn toàn.

Carbon fiber composites are complex to manufacture. Chúng yêu cầu ngâm tẩm nhựa để đảm bảo rằng mỗi sợi sợi carbon được kết nối, đảm bảo hiệu suất sản phẩm tối ưu và mang lại độ bền cắt và độ bền kéo vượt trội trong thành phẩm.

Có nhiều quy trình sản xuất khác nhau cho các sản phẩm sợi carbon. 

Ở đây, chúng ta sẽ thảo luận về một số loại phổ biến được các nhà sản xuất sợi carbon sử dụng:

Tạo hình chân không: Sau khi vật liệu composite sợi carbon được tạo thành các băng prereg và đặt vào khuôn, nó được hình thành dưới một áp suất nhất định. Áp suất chân không kèm theo này giúp nâng cao hình thức và hiệu suất của thành phẩm, làm cho toàn bộ sản phẩm sợi carbon trở nên nhỏ gọn hơn.

Quấn dây: Quá trình này chủ yếu liên quan đến việc cuộn các sợi tổng hợp sợi carbon vào khuôn lõi cho các sản phẩm dạng ống phức tạp, sau đó là xử lý và tháo khuôn.

Đúc nén: Quá trình này sử dụng hai khuôn, cái này chồng lên cái kia, trong đó áp suất được tác dụng lên khuôn để làm nóng sản phẩm và sau đó xử lý nó.

Tạo hình cuộn: Tương tự như cuộn dây, tạo hình cuộn Zhishang sử dụng băng prepreg bằng sợi carbon, sau đó được cuộn lên khuôn lõi và tháo khuôn.

Các quy trình này tưởng chừng đơn giản nhưng mỗi bước đều yêu cầu lao động thủ công, chẳng hạn như xếp chồng, cắt, phủ màng PP lên sản phẩm cán, sau đó tháo khuôn và gia công. Điều này dẫn đến giá thành sản phẩm composite sợi carbon tương đối cao.

Hiện nay, các sản phẩm composite sợi carbon nhiệt dẻo có giá tương đối phải chăng và quy trình sản xuất tương đối trưởng thành. Trên bình diện quốc tế, nghiên cứu và phát triển hỗn hợp sợi carbon đang dẫn đầu, chủ yếu là sợi carbon nhiệt dẻo, do khả năng ngâm tẩm kém với nhựa nhiệt dẻo. Vật liệu tổng hợp sợi carbon được sử dụng trong các ứng dụng có độ chính xác cao yêu cầu sợi carbon nhiệt dẻo.