Sợi carbon – 'bảo bối' trên siêu xe

08/03/2021 bởi Đội trưởng CarBro
Sợi carbon (carbon fiber) lần đầu tiên được Joseph Wilson Swan sản xuất và sử dụng trong bóng đèn sợi đốt từ những năm 1850. Sau 19 năm, Thomas Edison sử dụng dây tóc sợi carbon dựa trên sợi xenlulose trong một số bóng đèn. Khả năng chịu nhiệt cao khiến sợi carbon trở thành vật dẫn điện lý tưởng. Những sợi carbon được làm bằng bông hoặc tre, và được nung ở nhiệt độ cao để tạo ra quá trình carbon hóa, trái ngược với nguyên liệu thô dựa trên dầu mỏ ngày nay. Tuy nhiên khi sợi volfram trở thành lựa chọn chính làm dây tóc bóng đèn vào đầu những năm 1900, sợi carbon trở nên lỗi thời trong khoảng nửa thế kỷ. Sợi carbon có thể tùy biến nhiều hình dáng. Ảnh: Hiconsumption Năm 1958, tại Trung tâm Kỹ thuật Union Carbide Parma ở Cleveland, Ohio, Mỹ, Roger Bacon tình cờ tạo ra sợi carbon đầu tiên từ dầu mỏ khi ông nung nóng sợi rayon cho đến khi bị carbon hóa. Ông nhận thấy các sợi tóc mọc trên điện cực âm của lò điện quang, nhưng các sợi tạo thành chỉ có khoảng 20% carbon và gần như không có đặc tính về độ cứng và độ bền, làm cho quy trình của Bacon kém hiệu quả và tốn kém. Tuy nhiên đây là sợi carbon hiệu suất cao (high-performance carbon) đầu tiên được phát hiện.Cho đến những năm 1960, tiến sĩ Akio Shindo, thuộc cơ quan Khoa học và Công nghệ Công nghiệp ở Nhật Bản, đã sử dụng polyacrylonitrile (PAN) – một chất nhựa polyme hữu cơ tổng hợp - làm nguyên liệu thô. PAN cho phép ông tạo ra các sợi carbon có hàm lượng 55% carbon bằng cách sử dụng phương pháp sản xuất hiệu quả với chi phí thấp.Năm 1963, các nhà khoa học W.Watt, LN Phillips và W.Johnson thuộc Bộ Quốc phòng Anh, đã được cấp bằng sáng chế cho một quy trình sản xuất sợi carbon mới, tạo ra sản phẩm sợi carbon cứng và bền hơn nhiều so với các quy trình trước đó.Trong suốt những năm 1960, công việc thử nghiệm nhằm tìm ra các nguyên liệu thô thay thế đã dẫn đến sự ra đời của sợi carbon trong quá trình chế biến dầu mỏ. Những sợi carbon ở thời điểm này chứa khoảng 85% carbon và có độ bền và khả năng uốn nắn. Ngoài ra, Chính phủ Nhật Bản đã hỗ trợ rất nhiều trong việc phát triển sọi carbon trong nước và một số công ty Nhật Bản như Mitsubishi, Nippon Carbon đã phát triển và tự sản xuất riêng. Kể từ cuối những năm 1970, các loại sợi carbon đã gia nhập thị trường toàn cầu, cung cấp độ bền và khả năng đàn hồi cao hơn.Sợi carbon thường được cung cấp dưới dạng một cuộn dây kéo liên tục vào trục quay. Một bó hàng nghìn sợi carbon riêng lẻ liên tục được kéo và giữ lại với nhau bằng một lớp phủ hữu cơ như polyethylene oxide (PEO) hoặc polyvinyl alcohol (PVA). Mỗi sợi dây kéo là một hình trụ liên tục có đường kính từ 5-10 micromet và hầu như đều là nguyên tố carbon. Vô-lăng sợi carbon kiểu dệt trơn trên Ferrari Roma. Ảnh: Minh Quân Tùy thuộc vào tiền chất để tạo ra sợi, sợi carbon có thể là cấu trúc tinh thể turbostratic hoặc graphitic, hoặc có cấu trúc lai với cả hai. Trong sợi carbon turbostratic, các nguyên tử carbon được gấp lại và xáo trộn với nhau. Sợi carbon có nguồn gốc từ PAN là turbostratic có xu hướng độ bền cao, trong khi sợi carbon có nguồn gốc từ mesophase (trạng thái vật chất trung gian giữa chất lỏng và rắn) là graphitic sau khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ vượt quá 2.200 độ C, có độ cứng, khả năng chống giãn khi chịu tải và độ dẫn nhiệt cao.Nhu cầu sợi carbon mạnh nhất ở thời điểm hiện tại đến từ ngành hàng không vũ trụ, năng lượng gió và ngành công nghiệp ôtô với loại nhựa epoxy cũng được tối ưu hóa.Ngành công nghiệp ôtô sử dụng sợi carbon với lớp nhựa epoxy, giữ các sợi không chuyển động theo mọi hướng và tạo nên bộ phận rắn chắc. Đi kèm theo một lớp phủ trên cùng, tạo độ bóng mang giá trị thẩm mĩ. Sợi carbon chủ yếu được sử dụng trên những chiếc xe đua, xe thể thao nhằm giảm trọng lượng do sợi carbon có trọng lượng nhẹ, ngoài ra có độ bền lớn hơn so với các chất liệu khác.Sợi carbon có nhiều kiểu dệt với nhiều mục tiêu khác nhau như dệt đơn hướng, đan chéo, trơn.Ngoài ra, có vật liệu từ carbon khác là composite gia cố sợi carbon, được Lamborghini đăng ký sử dụng từ năm 2018. Khác với sợi carbon thông thường, composite gia cố sợi carbon được chế tạo từ hỗn hợp các sợi hoặc sợi carbon cắt nhỏ, được ép dưới áp lực cao thành dạng như nhựa ở thể rắn. Kiểu dáng của fordged composite có màu sắc cẩm thạch, hoàn toàn ngẫu nhiên khi xuất xưởng và dễ ứng dụng về mặt thẩm mỹ.Forged composite cho phép tạo ra các hình dạng với độ chính xác cao hơn so với sợi carbon truyền thống, đồng thời làm tăng độ bền trung bình và giảm sự biến đổi nhờ chứa làm lượng sợi carbon cao hơn. Ước tính composite gia cố sợi carbon sử dụng khoảng 500.000 sợi đan xen trên mỗi inch vuông, các sợi chứa nguyên tử carbon đan xen và gấp khúc căn chỉnh theo chiều dài của sợi, việc đan xen đã cải thiện độ bền. Composite gia cố sợi carbon trên Lamborghini Huracan. Do có tính chất cắt nhỏ, composite gia cố sợi carbon có thể đúc thành các hình học phức tạp so với sợi carbon truyền thống, thích hợp để chế tạo các bộ phận ba chiều và các bộ phận có chi tiết phức tạp như chuyển độ dày, độ cong phức hợp.Ngoài Lamborghini, nhiều hãng xe khác cũng áp dụng sợi carbon này trên mẫu xe của mình, như nắp sau của Toyota Prius Prime, bảng điều khiển Aston Martin DB11, cửa Maserati MC20.Tuy nhiên, sợi carbon cũng có những khuyết điểm riêng như dễ bị vỡ khi vượt quá khả năng chịu lực hoặc chịu tác động mạnh. Không như các chất liệu khác, có thể dễ dàng tái sử dụng, sợi carbon khi bị vỡ khó tái tạo lại mà phải thay thế mới. Mức giá vào khoảng 7-9 USD/0,45 kg, đắt hơn so với sợi thủy tinh hoặc sợi nhựa. Do đó nhiều hãng xe ưu tiên sử dụng sợi nhựa, nhôm hoặc thép để sản xuất nhằm giảm giá thành.Minh Quân
Tin mới nhất

"Hot hatch" Ford Focus 2022 trình làng với hệ thống giải trí SYNC 4 hiện đại

Phiên bản 2022 của mẫu hatchback Ford Focus được hãng xe Mỹ nâng cấp về cả ngoại hình lẫn trang bị, đặc biệt là hệ thống giải trí SYNC 4 với màn hình cảm ứng 13.2 inch.

Đánh giá nhanh KIA K3 2022: Vẻ ngoài bóng bẩy, nội thất tiện nghi nhưng chưa đủ

KIA K3 2022, phiên bản mới nhất của Cerato trước đây, có sự lột xác về thiết kế, nhưng vẫn giữ nguyên ưu thế giá bán rất cạnh tranh trong phân khúc.

Honda trình làng đồng lúc 5 mẫu concept xe điện thuộc e:N Series

Hiện tại, Honda chỉ có kế hoạch bán những mẫu xe mới này tại thị trường Trung Quốc.

BMW i8 độ thân rộng về Thái Nguyên định cư, dân mạng tò mò gầm siêu thấp có chạy được không

Chiếc xe BMW i8 này qua tay 1 xưởng độ ở Sài thành và mới đây đã về Thái Nguyên định cư. Xe được trang bị hệ thống phuộc mới nhằm giúp mẫu xe này có thể hạ gầm gần sát mặt đường nhưng khi cần di chuyển qua đường xấu, phuộc của xe sẽ nâng lên giúp xe di chuyển thoải mái.

Toyota Frontlander 2022 lộ diện, khác từ tên gọi đến thiết kế so với Corolla Cross ở Việt Nam

Ngoài tên gọi và thiết kế, Toyota Frontlander 2022 còn được trang bị động cơ khác biệt so với Corolla Cross ở Việt Nam.