Sợi cacbon (Carbon Fiber) là gì? Tại sao sợi cacbon được ứng dụng trong sản xuất vật liệu phục vụ cho ngành hàng không - vũ trụ.

1. Sợi cacbon là gì?
Sợi cacbon là vật liệu có độ bền rất cao có đường kính từ 5 - 10 µm, 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. Còn sợi graphite là sợi có trên 99% nguyên tố cacbon
Sợi cacbon có tính chất cơ lý cao, vượt trôi hơn rất nhiều so với sợi thủy tinh trên các phương diện như: độ cứng, độ bền kéo, kháng hóa chất cực kỳ tốt cũng như chịu được nhiệt độ cao và giãn nở nhiệt thấp.

2. Phương pháp tổng hợp sợi cacbon

Có nhiều loại sợi khác nhau dùng làm nguyên liệu sản xuất sợi cacbon như:
                    + Sợi polyacrylonitrile (PAN);
                    + Dợi xenlulo (viscose rayon, cotton);
                    + Dầu mỏ, than đá;
                    + Sợi phenolic.
Sợi cacbon được sản xuất bằng cách nhiệt phân có kiểm soát các sợi hữu cơ đã chọn trên nhằm loại oxy, nitơ, hydro để tạo thành sợi cacbon.
Cơ tính sợi cacbon càng cao khi tăng cấu trúc tinh thể và mức độ định hướng sợi, cũng như giảm các khuyết tật trên sợi. Cách tốt nhất để có được sợi cacbon định hướng cao là chọn sợi nguyên liệu định hướng cao,  sau đó duy trì mức độ định hướng này trong quá trình ổn định và cacbon hóa

a. Tổng hợp từ Sợi PAN
Bao gồm 3 giai đoạn chính

 

- Ổn định oxy hóa: sợi PAN được kéo căng và oxy hóa đồng thời  ở nhiệt độ 200 - 300°C, chuyển sợi PAN nhựa nhiệt dẻo sang dạng có cấu trúc lặp lại nhưng không còn tính chất nhựa nhiệt dẻo.

-  Cacbon hóa: sau khi oxy hóa, sợi được cacbon hóa ở 1000°C, không cần kéo căng trong môi trường khí trơ vài giờ. Trong quá trình này, những nguyên tố không phải cacbon bị tách ra và bay hơi  để hình thành sợi cacbon, lúc này khối lượng chỉ còn 50% so với khối lượng sợi PAN ban đầu.

-   Graphite hóa: sợi được xử lý nhiệt 1500 - 3000°C sẽ cải thiện trật tự, mức độ định hướng của tinh thể

b. Tổng hợp từ Sợi Pitch 
Gồm 4 bước:
- Chuẩn bị nguyên liệu: điều chỉnh khối lượng phân tử,   độ nhớt, định hướng kết;
-  Kéo sợi và xe sợi: pitch được chuyển thành sợi, một số đã có đã có sắp xếp thẳng hàng, định hướng;
-  Ổn định: duy trì hình dáng sợi khi nhiệt phân, nhiệt độ 250 - 400°C;
-  Cacbon hóa: nhiệt độ cacbon hóa 1000 - 1500°C.

c. Tổng hợp từ Sợi Rayon
Gồm 3 bước:
- Ổn định: đây là quá trình oxy hóa xảy ra theo các bước
                    + Nhiệt độ 25 - 150°C: khử vật lý nước .
                    + Nhiệt độ 150 - 240°C: khử nước trong phân tư xenlulo
                    + Nhiệt độ 240 - 400°C: tách liên kết vòng thơm, cắt các liên kết eter và một số liên kết C-C theo cơ chế gốc tự do
- Cacbon hóa: nhiệt độ 400 - 700°C, lượng cacbon còn lại sẽ chuyển thành lớp giống graphite.
- Graphite hóa: nhiệt độ 700 - 2700°C, kéo căng tạo ra sợi có mođun cao dođịnh hướng tốt theo chiều dọc.

3. Ứng dụng
Do những tính năng đặc biệt mà sợi cacbon mang lại. Chính vì vậy trong những thập kỉ gần đây, sợi carbon bắt đầu được ứng dụng rộng rãi tới lĩnh vực thương mại, máy bay dân dụng, công nghiệp, giao thông vận tải. Nó cũng được sử dụng ở những môi trường mà khắc nghiệt: nhiệt độ cao, hóa chất ăn mòn, đóng vai trò quan trọng trong nền công nghiệp.

Liên hệ trực tiếp để được tư vấn:
Công ty Hóa nhựa Phú Hưng
VPHN: Tòa nhà 17T5, Hoàng Đạo Thúy, Cầu Giấy, Hà Nội
Hotline: Mr Quân Cao 094.294.5885
Website: hoanhuaphuhung.com