Vải sợi carbon là gì? Ưu nhược điểm và ứng dụng trong cuộc sống

Được mệnh danh là một trong các “siêu vật liệu” tân tiến nhất, sợi carbon được ứng dụng trong rất nhiều ngành nghề khác nhau như y tế, năng lượng, xây dựng, hàng không,.. Và cả ngành thời trang với sự ra mắt của hàng loạt sản phẩm làm từ sợi carbon của các nhà mốt Louis Vuitton, Gucci.

Nếu bạn cũng tò mò về loại vật liệu hoàn toàn mới này, trong bài viết dưới đây, hãy cùng Coolmate tìm hiểu về vải sợi carbon, đặc điểm, ứng dụng của loại sợi này cũng như cách các sợi carbon được làm ra. 

Vải sợi carbon là gì?

Vải sợi carbon là loại chất liệu được dệt từ sợi carbon nhỏ, mảnh, được cấu tạo từ 90% nguyên tử carbon và có kích thước nhỏ từ 5 đến 10 micromet. Nguyên liệu chính để sản xuất vải sợi carbon là các loại khí và chất lỏng như polyacrylonitrile (PAN), xenlulo, graphite, than đá, dầu mỏ,... Các loại khí và chất lỏng này sẽ được xử lý hóa học thành dạng sợi và xoắn, sau đó được dệt thành vải carbon.

Vải sợi carbon được dệt từ các sợi carbon nhỏ

Dựa trên các tiêu chí về nguyên liệu, đặc tính modue và nhiệt độ xử lý cuối, vải carbon thường được chia thành một số loại như:

• Dựa trên nguyên liệu: vải có tỷ lệ Polyacrylonitrile > 90%m vả có tỷ lệ Polyacrylonitrile <90%.
• Dựa trên 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.
• Dựa trên nhiệt độ xử lý cuối: > 2000 độ C: loại I (HTT); từ 1500 độ C:  loại II (HT); < 1000 độ C: loại sợi III.

Trên thị trường có nhiều loại vải sợi carbon khác nhau

Là một trong những loại chất liệu hiện đại, tân tiến nhất của thế kỷ 21, vải sợi carbon có mức giá khá cao. Trung bình 1m2 vải carbon sẽ có giá từ 1.500.000 VNĐ đến 2.800.000 VNĐ tùy loại.

Những đặc điểm nổi bật của vải sợi cabon

Vải sợi carbon được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhờ những ưu điểm vượt trội sau:

• Siêu nhẹ: Với mật đổ cực thấp chỉ 1,5g/cm3, vải carbon nhẹ hơn nhiều so với các vật liệu khác. 
• Siêu bền: Tuy rất nhẹ nhưng vải carbon lại có độ bền vượt trội. Chất liệu này có thể chịu lực gấp 5 lần và cứng gấp 2 lần so với thép. Bên cạnh đó, vải carbon còn có khả năng chống axit, chống oxy hóa, và không bị ăn mòn khi tiếp xúc với các hóa chất. Vì thế, vải sợi carbon có thể chống chịu được cả những điều kiện thời tiết khắc nghiệt nhất.
• Hệ số giãn nở nhiệt thấp, ít biến dạng: Vải carbon rất ít thay đổi khi có sự chênh lệch về nhiệt độ. Vì thế, đây cũng là loại vải sợi có khả năng chống cháy rấy tốt. Thấm tia X: Nhờ ưu điểm này mà sợi vải carbon được ứng dụng rất nhiều rong ngành y tế.

Vải từ sợi carbon có ưu điểm siêu nhẹ, siêu bền và có tính thẩm mỹ cao

Tuy nhiên, loại vật liệu này cũng có một số nhược điểm như:Độ giòn: Dù có độ bền cao nhưng sợi carbon khá giòn, dễ gãy đứt. Khó tái chế: Sợi vải carbon có thể tái chế được, nhưng quá trình khá khó khăn và phức tạp. Vì thế, loại sợi này được đánh giá là không quá thân thiện với môi trường.

Quy trình sản xuất sợi carbon

Để sản xuất ra sợi carbon và vải sợi carbon cần trải qua quy trình 6 bước gồm:

• Bước 1 - Chuẩn bị nguyên liệu: Các nguyên liệu như polyacrylonitrile (PAN), xenlulo, graphite hoặc pitch sẽ được nung, kéo sợ ỏ mức nhiệt cao (khoảng 1000°C - 3000°C) và trong điều kiện không có oxy.
• Bước 2 - Oxy hóa ổn định: Các sợi được đưa vào lò dài từ 15 đến 30m, với nhiệt độ hàng trăm độ C. Quá trình này sẽ tinh lọc tạp chất, giúp sợi bền và cứng hơn.
• Bước 3 - Xử lý bề mặt, hoàn thiện kích cỡ: Sợi được oxy hóa bề mặt để tăng độ liên kết với các vật liệu khác. Đồng thời, sợi carbon cũng sẽ được phủ thêm lớp bảo vệ và xác định kích cỡ bằng cách quấn sợi lên các ống có kích thước khác nhau.
• Bước 4 - Xoắn sợi: Các sợi được xoắn theo độ dày và kích thước khác nhau. Bước này sẽ quyết định độ dẻo, khả năng dẫn điện và chịu lực của sợi.
• Bước 5 - Dệt sợi thành vải carbon: Sử dụng các phương pháp dệt thường thấy như dệt kim, jacquard để dệt sợi carbon thành các tấm vải sợi carbon lớn. 
• Bước 6 - Hoàn thiện: Phủ thêm lớp phủ nhựa epoxy, polyurethane, polyimide hoặc các vật liệt nano lên vải carbon để tăng tính thẩm mỹ, độ bền và khả năng chống cháy. 

Quy trình làm ra chất liệu này đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác trong từng công đoạn

Ứng dụng của sợi carbon trong đời sống

Với tính thẩm mỹ và độ bền cao, vải sợi carbon là một trong những ứng dụng hiện đại nhất của ngành công nghiệp thời trang. Bằng chứng là không ít nhà mốt danh tiếng như Gucci, Chanel, Louis Vuitton đã cho ra mắt hàng loạt các sản phẩm quần áo, phụ kiện làm từ chất liệu này. Bên cạnh đó, sợi carbon còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác như xây dựng, năng lượng, công nghiệp điện tử, y tế,....

• Ngành thể thao: Sợi carbon được dùng để làm vợt tennis, cần câu cá, gậy golf,...
• Ngành y tế: Chế tạo các bộ phận cơ thể nhân tạo như van tim, khớp gối,... và sản xuất dụng cụ phẫu thuật. Vải sợi carbon còn được dùng để may ga trải giường trong bệnh viện, mang đến cảm giác thoải mái hơn cho bệnh nhân.
• Ngành hàng không: Chế tạo vỏ, cánh, cánh quạt máy bay, trực thăng; chế tạo thân tàu vũ trụ; chế tạo vệ tinh,...
• Ngành ô tô: Chế tạo khung xe, vỏ xe, các bộ phận của xe ô tô,... đặc biệt là dòng xe đua F1.

Vải carbon bắt đầu được ứng dụng rất nhiều trong ngành may mặc, thời trang

Lời kết

Trên đây là những thông tin chi tiết nhất về vải sợi carbon: cấu tạo, đặc điểm, quy trình sản xuất, ứng dụng. Với những đặc tính vượt trội, loại chất liệu này sẽ mang đến những đột phá mới không chỉ cho ngành công nghiệp thời trang, mà còn cả những ngành công nghiệp mà vật liệu này được ứng dụng.

Hy vọng bài viết trên đây đã giúp bạn hiểu rõ hơn về vải sợi carbon - một trong những chất liệu hiện đại, tân tiến nhất. Đừng quên theo dõi các bài viết tiếp theo trên Coolblog để tìm hiểu thêm về các chất liệu may mặc khác. 

Coolmate - Nơi mua sắm đáng tin cậy dành cho nam giới