Vải sợi carbon là gì? Khái niệm, phân loại, quy trình sản xuất vải sợi carbon

Vải sợi carbon là gì là thắc mắc của nhiều bạn gửi đến Cardina. "Siêu vật liệu" này được ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau với đặc tính bền, nhẹ. Trong bài viết ngày hôm nay, hãy cùng Cardina tìm hiểu về chất liệu vải sợi carbon này nhé.

Vải sợi carbon là gì?

Khái niệm

Vải sợi carbon là một chất liệu được dệt từ sợi carbon. Những sợi này nhỏ, mảnh, kích thước thậm chí chỉ từ 5 đến 10 micromet, tạo thành từ 90% nguyên tử carbon. Sợi carbon còn mảnh nhỏ hơn cả tơ nhện nên vải cực mỏng, mềm nhưng lại có độ bền rất tốt.

Vật liệu vải carbon còn được gọi với tên tiếng Anh là Carbonized Fiber hay CF, nguyên liệu chính trong sợi carbon gồm có polyacrylonitrile (PAN), xenlulo, graphite, than đá, dầu mỏ… các nguyên liệu này sẽ được xử lý phản ứng hóa học thành dạng sợi và xoắn với nhau. Nhiều sợi carbon sẽ được dệt thành vải carbon.

Vải sợi carbon là gì?

Xem thêm: Tìm hiểu về vải sheer, những đặc điểm và ứng dụng có thể bạn chưa biết

Cấu tạo của sợi carbon

Như đã nói đến bên trên, nguyên liệu đầu vào của sợi carbon gồm những loại khí và chất lỏng sau khi phản ứng hóa học sẽ cho ra đời các loại sợi carbon đạt chuẩn về độ bền và kích thước. Mỗi một nguyên liệu đầu vào với số lượng khác nhau sẽ cho ra sợi carbon với đặc tính khác nhau. 

Phân loại vải sợi carbon phổ biến

Hiện nay người ta thường phân loại sợi carbon dựa trên các tiêu chí về nguyên liệu, đặc tính module và nhiệt độ xử lý cuối cùng. Cụ thể sẽ có những loại vải carbon như sau:

• Phân loại theo nguyên liệu: 
  • Tỷ lệ Polyacrylonitrile > 90%, còn lại 10% là dầu mỏ, than đá hay rayon...
  • Các loại sợi khác
• Phân loại theo đặc tính module: 
  • UHM module > 450 GPA
  • HM module 350 – 450 GPA
  • IM module 200 – 350 GPA
  • HT module < 100 GPA, độ bền kéo > 3 GPA
  • SHT độ bền kéo > 4.5 GPA
• Phân loại theo nhiệt độ xử lý cuối cùng:
  • > 2000 độ C: loại I (HTT)
  • từ 1500 độ C:  loại II (HT)
  • < 1000 độ C: loại sợi III

Xem thêm: Vải sợi chuối là gì? Ưu điểm, ứng dụng của vải sợi chuối trong thời trang

Đặc điểm của vải sợi carbon

Có thể liệt kế các đặc điểm của sợi carbon như sau:

• Siêu nhẹ: Vải carbon là vật liệu siêu nhẹ nhưng lại có độ bền cao gấp nhiều lần chất liệu khác.
• Siêu bền: Khả năng chịu lực của vải carbon thậm chí cao gấp 5 lần và cứng gấp 2 lần so với thép.
• Khả năng chống ăn mòn: Vải carbon không bị gỉ set hay bị ăn mòn khi tiếp xúc với hóa chất.
• Độ dẫn điện tốt: Khả năng dẫn điện của loại sợi này còn tốt hơn khá nhiều kim loại.
• Hệ số giãn nở thấp, không bị biến dạng hay phá hủy tính cơ học khi tiếp xúc với nhiệt độ cao. Điều này khiến vải sợi carbon có khả năng chống cháy cực tốt.
• Vải carbon có thể thấm tia X nên còn được ứng dụng trong ngành y tế

Đặc điểm của vải sợi carbon

Xem thêm: Tìm hiểu về vải Simili, những đặc điểm và tính ứng dụng trong các lĩnh vực

Quy trình sản xuất sợi carbon như thế nào?

Để sản xuất ra vải carbon, quy trình sẽ gồm có 6 bước, gồm:

Chuẩn bị nguyên liệu

Nguyên liệu đầu vào để sản xuất vải sợi carbon giống như Cardina đã chia sẻ bên trên gồm có polyacrylonitrile (PAN), xenlulo, graphite hoặc Pitch...

Các nguyên liệu này sẽ lần lượt được nung, kéo sợi ở mức nhiệt cao (khoảng 1000°C - 3000°C) với điều kiện không có oxi.

Oxi hóa ổn định

Các sợi sau khi trải qua quá trình kéo sẽ được đưa qua lò dài từ 15 đến 30 mét, nhiệt độ hàng trăm độ C trong nhiều giờ. Đây là quá trình giúp tinh lọc các sợi tạp chất, giúp tinh thể graphitic hoàn chỉnh hơn, từ đó cũng giúp cho sợi bền và cứng hơn.

Xử lý bề mặt và định cỡ

Tiếp theo, các sợi carbon sẽ trải qua bước oxi hóa bề mặt để tăng độ liên kết với các vật liệu khác. Sau đó bề mặt của sợi tiếp tục được phủ thêm một lớp bảo vệ và định cỡ bằng cách quấn sợi lên các ống kích thước khác nhau.

Xem thêm: Tìm hiểu về vải sợi tổng hợp: Nguồn gốc, đặc điểm, ứng dụng và cách bảo quản

Xoắn sợi

Tùy theo nhu cầu mà sợi carbon sẽ được xoắn thành các sợi có độ dày và kích thước khác nhau. Đây là bước làm quyết định độ dẻo, khả năng chịu lực và dẫn điện của sợi carbon.

Dệt vải

Bước này, sợi carbon sẽ được dệt thành các tấm vải lớn bằng các phương pháp dệt thường thấy như dệt sợi thoi, dệt kim hay jacquard...

Từng cách dệt khác nhau cũng sẽ có ảnh hưởng đến độ bền, dày mỏng và khả năng chống thấm nước của vải.

Hoàn thiện

Ở bước cuối cùng này, các vải sợi carbon có thể được phủ thêm các lớp phủ nhựa epoxy, polyurethane, polyimide hoặc các vật liệu nano để tăng độ bền, khả năng chống cháy hoặc nhìn có thẩm mỹ hơn. 

Quy trình sản xuất sợi carbon như thế nào?

Xem thêm: Vải sợi hóa học được sản xuất từ gì? Ưu và khuyết điểm của vải hóa học

Ứng dụng của vải sợi carbon trong cuộc sống

Với những đặc tính tuyệt vời của mình, vải sợi carbon được ứng dụng trong nhiều ngành nghề khác nhau:

• Ngành hàng không: Sợi carbon thậm chí có thể dùng để chế tạo vỏ, cánh máy bay, trực thăng hay cánh quạt... thậm chí là thân tàu vũ trụ hay các vệ tinh.

• Ngành ô tô: Sợi carbon được dùng dể chế tạo khung xe, vỏ xe hay các bộ phận trong động cơ xe bởi độ bền cao và trọng lượng nhẹ của mình. Khả năng chịu nhiệt tốt cũng là yếu tố nhiều xe đua F1 dùng nó để tăng tốc và hiệu suất.

  

  Ô tô sử dụng sợi carbon rất nhiều

• Ngành y tế: Có rất nhiều ứng dụng tuyệt vời của sợi carbon trong ngành y tế như dùng để chế tạo các bộ phận cơ thể nhân tạo hay các dụng cụ phẫu thuật. Có thể kể đến như khớp háng, khớp gối, van tim.... Sợi nhẹ sẽ giúp các bệnh nhân dễ chịu, vận động linh hoạt và thoải mái hơn.
• Trong ngành thể thao: Dùng để làm vợt tennis, gậy golf, cần câu cá...
• Ngành thời trang: Độ bền cao cùng vẻ ngoài đẹp mắt nên vải sợi carbon cũng được dùng để may quần áo hay các phụ kiện thời trang... Rất nhiều thương hiệu nổi tiếng đã sử dụng chất liệu này như Gucci, Louis Vuitton, Chanel...và cho ra mắt nhiều set đồ ấn tượng.

• Ngoài ra, vải sợi carbon còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như ngành xây dựng, năng lượng hay công nghiệp điện tử.... và đem đến nhiều cống hiến nổi bật.

Sợi carbon dùng để hế tạo vỏ điện thoại, laptop trong ngành công nghiệp điện tử và chân giả trong ngành y tế

Phân biệt sợi carbon và sợi thủy tinh

Sợi thủy tinh và sợi carbon có gì khác nhau?

Thắc mắc về vải sợi carbon

Vải sợi carbon giá bao nhiêu? Có đắt không?

Vải sợi carbon có thể nói là một loại vật liệu công nghệ cao của thế kỷ 21 nên giá thành vẫn còn cao. Mức giá sẽ còn phụ thuộc vào loại vải bạn mua, mua ở đâu và số lượng như thế nào. Ví dụ giá vải carbon phổ biến sẽ dao động khoảng:

Sợi carbon có tái chế được không?

Giá thành đắt đỏ nên nhiều người thắc mắc chất liệu này có tái chế được không. Trả lời là có nhưng không hề dễ dàng. 

Các nhà khoa học đã nghiên cứu để sợi carbon nghiền nhỏ trộn với bê tông để giúp khả năng thoát nước nhanh hơn. Điều này sẽ hợp với những địa điểm thường có lũ lụt hay ô nhiễm. Tuy nhiên khả năng chịu lực của nó không cao nên cũng chỉ phù hợp với những điệu kiện nhất định.

Sợi carbon có tái chế được không?

Sợi carbon có ưu điểm gì so với kim loại?

Xem thêm: Vải Bamboo là gì? Ưu nhược điểm, ứng dụng của chất liệu Bambo

Trên đây là những thông tin về vải sợi carbon mà Cardina tổng hợp và chia sẻ đến bạn. Từ khái niệm, cấu tạo đến ứng dụng, phân loại.... Hi vọng từ bài viết này, các bạn sẽ có thêm hiểu biết về chất liệu, từ đó ứng dụng nó trong cuộc sống. Cần tư vấn thêm các thắc mắc về kiến thức thời trang, đừng ngần ngại theo dõi blog của Cardina hoặc bình luận bên dưới nhé.