Trước đây, sợi carbon chỉ được biết đến như là một vật liệu siêu bền, trọng lượng nhẹ nên đã được con người ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực mà yêu cầu ứng dụng vật liệu nhẹ như: ngành hàng không, không quân, công nghiệp ô tô... từ những năm 1960.
60 năm trôi qua kể từ ngày đó, sợi carbon vẫn là một loại vật liệu hết sức kỳ lạ. Nhiều người cũng rất chắc chắn rằng ngay cả Batman cũng phải cần đến loại sợi này cho bộ giáp của mình, hay cho những bộ phận xe đắt tiền khác. Hiện nay, sợi cacbon được ứng dụng rộng rãi trong hàng không, giải trí, công nghiệp và giao thông, composite, các thiết bị chống tĩnh điện như quần áo, nón mũ, găng tay chống tĩnh điện,…
Xem thêm: găng tay chống tĩnh điện là gì?
.jpg)
Sợi Carbon là gì? Đặc điểm của sợi Carbon
Sợi cacbon là loại sợi chứa ít nhất 90% nguyên tử cacbon 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 cacbon. Sợi carbon có những đặc điểm sau đây:
- Trong 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.
Chúng ta đều biết các vật chất có cấu tạo 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 tạo của mình, sợi carbon cũng thuộc nhóm này và có tính chất tương đồng kim cương. Kim cương là vật liệu cứng và bền nhất trong khi than chì mềm và trơn. Sự khác nhau giữa chúng xuất phát từ nguyên nhân cấu trúc tinh thể khác nhau. Có thể hiểu đơn giản than củi mềm do cấu trúc tinh thể sắp xếp không theo trật tự, không bền vững 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.
Đặc điểm hạn chế duy nhất của loại “Siêu vật liệu” này là giá thành nó quá đắt đỏ dẫn đến việc ứng dụng sợi carbon rộng rãi đang gặp nhiều hạn chế.
Quy trình sản xuất ra sợi Carbon
B1. Hoà trộn PAN (polyacrylonitrile - một chuỗi phân tử liên kết với nhau bằng nguyên tử carbon với các thành phần khác và kéo thành sợi ) sau đó làm sạch và tiếp tục kéo dài.
B2. Biến đổi các thành phần hóa học để ổn định liên kết trong sợi carbon.
B3. Các sợi carbon sau khi ổn định được nung ở nhiệt độ rất cao tạo thành các tinh thể carbon liên kết chặt chẽ. Quá trình này gọi là carbon hóa.
B4. Xử lý bề mặt bằng cách oxy hóa nhằm tăng thêm tính liên kết của sợi carbon.
B5. Sợi carbon bện với nhau thành những cuộn lớn. Các máy quay sợi xoắn có nhiệm vụ tạo ra những sợi carbon với kích thước khác nhau. Sau đó, sợi carbon tiếp tục được xử lý trong môi trường chân không, nhiệt độ, áp suất thích hợp để tạo thành dạng vật liệu tổng hợp.
