Tin tức

Việc sử dụng sợi carbon trong các chất dẻo có lịch sử lâu dài. Ngay từ năm 1879, Thomas Edison đang thí nghiệm với các sợi cacbon làm từ sợi bông và các sợi tre. Trên thực tế, bóng đèn nóng sáng đầu tiên được đốt bằng điện có chứa sợi cacbon. Trong những năm 1960, Tiến sĩ Akio Shindo thuộc Cơ quan Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Nhật Bản đã phát triển một sợi carbon dựa trên polyacrylonitrile (PAN) cho ra kết quả sợi chứa 55% carbon.

  Quá trình chuyển đổi dựa trên PAN nhanh chóng trở thành phương pháp chính để sản xuất sợi cacbon. 90% sợi carbon ngày nay được làm từ polyacrylonitrile (C3H3N)n hoặc PAN là nhựa tổng hợp, bán tinh thể hữu cơ. 10% còn lại được làm từ rayon hoặc dầu mỏ. Sợi làm từ PAN cực kỳ mạnh và nhẹ. Những sợi này bị ràng buộc bởi các polyme nhiệt hoặc nhựa nhiệt dẻo như polyester, vinyl este hoặc nylon để tạo ra nhựa bằng sợi cacbon, hoặc carbon FRP.

Việc bổ sung sợi cacbon vào một polymer có nhiều lợi ích. Độ bền kéo và mô đun uốn được gia tăng như nhiệt độ chịu nhiệt . Thêm vào đó, việc gia tăng cường sợi cacbon làm giảm sự co ngót và biến dạng.

Mỗi sợi carbon là một sợi dài mỏng tạo thành từ hàng ngàn sợi carbon mảnh. Mỗi sợi có đường kính khoảng 5-10 μm và phần lớn là cácbon. Các tinh thể cực nhỏ trong liên kết cacbon trong một cấu trúc được sắp xếp nhiều hoặc ít hơn song song với trục dài của sợi. Đó là sự liên kết tinh thể, làm cho sợi rất mạnh. Sợi cacbon được phân loại theo mô đun kéo của sợi. Mô đun kéo có thể dao động từ 34,8 triệu psi đến 72,5-145,0 triệu psi. Thép có mô men kéo dài 29 triệu psi do đó sợi carbon mạnh nhất gấp 5 lần thép.

Sợi cacbon được phân loại theo mô đun kéo của sợi. Các mô đun "thấp" có mô đun chịu lực dưới 34,8 triệu psi (240 triệu kPa). Sợi cũng được phân loại theo thứ tự tăng dần của mô đun kéo như "mô đun tiêu chuẩn", "mô đun trung gian", "mô đun cao" và "mô đun cực cao" Sợi cacbon với sự phân loại mô đun cực cao có mô-men xoắn là 72,5-145,0 triệu psi (500 triệu -1,0 tỷ kPa).

Quá trình sản xuất sợi cacbon với tiền chất PAN là một phần của hóa học và một phần cơ học. Nó bao gồm sự đánh sợi, làm ổn định, cacbon hóa, xử lý bề mặt và định cỡ.

•             Sự đánh sợi: PAN được xoay bằng một trong vài quy trình đánh sợi. Bước này rất quan trọng vì nó tạo thành cấu trúc nguyên tử bên trong của sợi. Các sợi sau đó được rửa sạch và kéo dài đến đường kính yêu cầu. Việc kéo dài cũng giúp sắp xếp các phân tử hỗ trợ cho sự hình thành các tinh thể cacbon được tạo ra bằng cách cacbon hóa.

•             Ổn định: Bước này các sợi được xử lý bằng hóa chất để thay đổi mối liên kết tuyến tính của chúng với một cấu trúc liên kết bậc thang ổn định nhiệt. Các sợi nhỏ sau đó được nung nóng trong không khí để chúng nhận các phân tử oxy và thay đổi mô hình liên kết nguyên tử của chúng.

•             Carbon hóa: Các sợi sau đó được tiếp xúc với nhiệt độ rất cao mà không có oxy hiện tại nên sợi không thể đốt cháy. Các nguyên tử trong sợi rung động sẽ loại bỏ cực đại hầu hết các nguyên tử không phải cacbon trong tiền chất.

•             Xử lý bề mặt: Sau khi cacbon hóa, bề mặt của các sợi không liên kết tốt với các vật liệu được sử dụng trong sản xuất vật liệu composite. Trong bước này, bề mặt của các sợi được oxy hóa nhẹ bằng cách ngâm trong các loại khí hoặc chất lỏng khác nhau.

•             Định cỡ: Trong quá trình này, các sợi được phủ để bảo vệ chúng khỏi bị hư hỏng trong khi cuộn hoặc dệt.

Một số sản phẩm làm từ sợi cacbon là cần câu, xe đạp, thiết bị chơi gôn, vợt quần vợt, phụ tùng cho máy bay, cầu và ô tô.

Các sản phẩm có gia cường sợi carbon: Ketron® PEEK CA30, DURATRON T7130 PAI…