Sợi carbon là gì? và tại sao nó lại được ưa chuộng đến vậy?

Hiện nay chúng ta đang ở kỷ nguyên mà thành phần sợi carbon không chỉ hạn chế ở những chiếc xe đua cao cấp, mà còn xuất hiện ở những sản phẩm trang trí / thay thế dành cho xe thương mại. Nhưng nhiều anh em có thể chưa biết rõ về sợi carbon và hãy cùng tìm hiểu về nó trong chủ đề lần này nhé.

Sợi carbon là gì? và tại sao nó lại được ưa chuộng đến vậy?

Gần đây, ngành công nghiệp xe máy đã bắt đầu sử dụng sợi carbon làm thành phần cấu trúc để sản xuất những chiếc xe mô tô cao cấp. Ví dụ như Ducati Superleggera sử dụng sợi carbon cho khung chính, khung phụ, gắp sau và bánh xe đem lại trọng lượng tổng thể 154,22 kg, BMW HP4 Race cũng tương tự và có bộ quây bằng sợi carbon.

Ducati Superleggera V4 sử dụng khung bằng sợi carbon.

Tuy nhiên, hầu hết mọi người đều khó thể tiếp cận được những mẫu Superbike đình đám này. Nhưng giờ đây, có vẻ như các hãng xe đang muốn truyền tải đến chúng ta rằng kỷ nguyên sợi carbon đã đến. Và đây chỉ là sự khởi đầu của một kỷ nguyên được gọi là thời đại các vật liệu tiên tiến.

Vậy sợi carbon là gì?

Trên thực tế, carbon là một loại vật liệu trông giống như nhựa nhưng nhẹ và bền, có thể được đúc thành nhiều hình dạng khác nhau. Tuy nhiên nó phải được kết hợp hai hoặc nhiều vật liệu để đạt được hình dáng mong muốn.

Sợi carbon là gì và tại sao nó lại được ưa chuộng đến vậy - 3

Hình ảnh các sợi Carbon Fiber (đen sẫm) rất nhỏ so với sợi tóc.

Như vậy, sợi carbon thường được kết hợp với các vật liệu khác để tạo thành một vật liệu tổng hợp. Khi được ngâm tẩm với nhựa dẻo và nung, nó tạo thành polymer gia cố bằng sợi carbon (thường được gọi ngắn gọn là sợi carbon) có tỷ lệ sức bền trên trọng lượng rất cao và cực kỳ cứng mặc dù hơi giòn.

Quá trình sản xuất sợi carbon bắt đầu với một nguyên liệu thô được gọi là Polyacrylonitrile hoặc PAN (Polyacrylonitrile), được hòa tan và kéo thành các sợi dài. Sau đó, các sợi này được hoàn thiện qua một lò nung làm nón lên đến 1.000 đến 3.000 độ C (khoảng một nửa nhiệt độ của mặt trời).

Với điều kiện không có oxy bên trong lò và khi không có oxy sẽ giúp các sợi này không bị đốt cháy. Nhưng nhiệt sẽ đi vào để làm cho các sợi này cứng hơn, bằng cách loại bỏ các nguyên tử phi cacbon. Sau khi hoàn thành quá trình sẽ tạo thành sợi carbon gần như nguyên chất, rất mỏng và rất bền.

Các kết quả đem lại sợi carbon mỏng hơn so với tóc của con người. Nhưng nó cứng hơn thép gấp nhiều lần và trọng lượng là không đáng kể. Khi các sợi carbon mỏng được dệt với nhau thành vải và liên kết với nhựa để tạo thành CFRP (hoặc sợi carbon như chúng ta vẫn gọi). Nó sẽ trở thành một cấu trúc rất cứng, nhưng trọng lượng rất nhẹ có thể được sử dụng để thay thế thép hoặc nhôm. Đó là lý do tại sao sợi carbon được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không vũ trụ.

Sợi carbon là gì và tại sao nó lại được ưa chuộng đến vậy - 4

Khung của BMW HP4 Race.

Điều thú vị là Hệ số sức bền của sợi carbon chỉ xảy ra theo phương vuông góc với sợi. Điều này có nghĩa là độ bền hoặc tính linh hoạt của composite sợi carbon có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào định hướng của cấu trúc. Hoàn toàn khác với kim loại vì kim loại sẽ cho sức mạnh và sức bền theo mọi hướng.

Nói cách khác, các kỹ sư có thể kiểm soát mức độ chịu lực của bất kỳ bộ phận nào để phù hợp với ứng dụng bằng sợi carbon này. Sử dụng nó cho những việc mà kim loại bình thường không làm được. Ngay cả titan hay magiê cũng không làm được.

Tương lai của sợi carbon

Giờ đây, việc sản xuất sợi carbon đã được cải thiện và giá của nó đã giảm xuống. Nó đang được sử dụng trong mọi quá trình kỹ thuật với bất kể ngành nào. Sự kết hợp giữa độ bền cao và trọng lượng siêu nhẹ của nó rất được săn đón. Và bây giờ, ngay cả các nhà sản xuất ô tô cũng đang bắt đầu sử dụng các bộ phận bằng sợi carbon trong những khu vực có ứng suất kết cấu cao, chẳng hạn như hệ thống truyền động và khung.

Sợi carbon là gì và tại sao nó lại được ưa chuộng đến vậy - 5

Khung của BMW i3 được làm hoàn toàn bằng sợi carbon.

Cứng hơn và nhẹ hơn titan khiến carbon trở thành vật liệu thực sự mang tính cách mạng. Nhưng ngày nay nó vẫn còn rất đắt. Hi vọng ngành công nghiệp sản xuất sợi carbon phát triển nhanh chóng và giá sẽ tiếp tục giảm. Điều này sẽ cho phép các kỹ sư sử dụng nó trong nhiều sản phẩm hơn.

Quảng cáo