Trước đây, tua carbon chỉ được biết đến như là 1 trong những vật liệu khôn cùng bền, trọng lượng nhẹ bắt buộc đã được bé người ứng dụng trong không hề ít lĩnh vực nhưng yêu ước ứng dụng vật liệu nhẹ như: ngành sản phẩm không, ko quân, công nghiệp ô tô... Từ trong thời gian 1960.

Bạn đang xem: Vật liệu carbon là gì

60 năm trôi qua kể từ ngày đó, sợi carbon vẫn là một loại vật liệu hết sức kỳ lạ. đa số người cũng rất chắc chắn rằng rằng ngay cả Batman cũng phải nên đến các loại sợi này cho cỗ giáp của mình, hay đến những phần tử xe thông minh khác. Hiện tại nay, sợi cacbon được ứng dụng thoáng rộng trong mặt hàng không, giải trí, công nghiệp và giao thông, composite, những thiết bị phòng tĩnh năng lượng điện như quần áo, nón mũ, găng tay chống tĩnh điện,…

 

*

 

 

Sợi Carbon là gì? Đặc điểm của sợi Carbon

Sợi cacbon là loại sợi chứa tối thiểu 90% nguyên tử cacbon được kiểm soát ngặt nghèo trong quá trình nhiệt phân sợi vật liệu ban đầu. Xung quanh ra, còn tồn tại sợi graphite là sợi gồm trên 99% nguyên tố cacbon. Tua carbon gồm những đặc điểm sau đây:

- vào lượng thấp, dễ di chuyển.

- Độ cứng và sức bền cao.

- Chịu được nhiệt độ cao.

- Kháng hóa chất cao, hạn chế hao mòn.

Với việc có tới 90% nguyên tố carbon, trọng lượng nguyên tử của thành phần carbon nhẹ nhàng hơn nguyên tố kim loại nên gai carbon cũng khối lượng nhẹ hơn rất những so cùng với những vật liệu kim các loại khác.

Chúng ta đầy đủ biết những vật hóa học có cấu tạo từ nguyên tử carbon đều rất nhẹ. Ví như kim cương, than củi, than hoạt tính cùng than chì các được cấu thành từ đều nguyên tử carbon. Với kết cấu của mình, tua carbon cũng thuộc nhóm này và bao gồm tính chất tương đương kim cương. Kim cương cứng là vật tư cứng cùng bền nhất trong khi than chì mềm và trơn. Sự khác biệt giữa chúng xuất phát từ nguyên nhân cấu trúc tinh thể không giống nhau. Có thể hiểu dễ dàng than củi mượt do kết cấu tinh thể sắp xếp không tuân theo trật tự, không bền vững trong khi kết cấu tinh thể kim cương cứng rất trơ tráo tự cùng đồng đều đề nghị rất bền. Kim cương có kết cấu tinh thể carbon cha chiều trong những lúc sợi carbon có cấu tạo mạng lưới hai phía với những nguyên tố carbon bố trí trật tự trực tiếp hàng với quấn lấy nhau.

Đặc điểm tinh giảm duy tuyệt nhất của nhiều loại “Siêu vật liệu” này là ngân sách chi tiêu nó quá mắc đỏ dẫn tới sự việc ứng dụng sợi carbon thoáng rộng đang gặp mặt nhiều hạn chế.

 

*

 

 

Quy trình phân phối ra sợi Carbon

B1. Hoà trộn PAN (polyacrylonitrile - một chuỗi phân tử links với nhau bằng nguyên tử carbon với những thành phần khác với kéo thành tua ) tiếp nối làm sạch sẽ và tiếp tục kéo dài.

B2. Thay đổi các thành phần hóa học nhằm ổn định liên kết trong tua carbon.

B3. Những sợi carbon sau khoản thời gian ổn định được nung sinh hoạt nhiệt độ rất lớn tạo thành những tinh thể carbon links chặt chẽ. Quy trình này gọi là carbon hóa.

B4. Cách xử trí bề mặt bằng cách oxy hóa nhằm tăng thêm tính link của gai carbon.

B5. Tua carbon bện cùng nhau thành những cuộn lớn. Những máy quay sợi xoắn có nhiệm vụ tạo ra những tua carbon với kích cỡ khác nhau. Sau đó, gai carbon liên tục được xử lý trong môi trường chân không, nhiệt độ, áp suất phù hợp để tạo ra thành dạng vật tư tổng hợp.

Sợi carbon với sợi thủy tinh là hầu như vật liệu đa-zi-năng hiện được áp dụng rộng rãi, và đang dần sửa chữa thay thế kim nhiều loại trong nhiều nghành của ngành công nghiệp, bởi tác dụng kinh tế mà nó sẽ đem lại. Cùng Tân trường Thịnh khám phá về đặc điểm, kết cấu và đối chiếu sự khác nhau giữa sợi thủy tinh và gai carbon qua bài viết dưới đây.

*


Sợi carbon là gì? phần nhiều điều nên biết về gai carbon
Hướng dẫn chi tiết cách chế tạo sợi thủy tinh và sợi carbon
Phân biệt sợi thủy tinh trong và gai carbon 

Sợi carbon là gì? phần nhiều điều cần phải biết về tua carbon

Sợi carbon (cacbon) là loại vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng, bởi bao gồm sợi cực kì cứng nhưng lại có trọng lượng nhẹ với khá bền. Vật tư này bao gồm nhiều chuỗi phân tử dài, liên kết với nhau bởi những nguyên tử carbon. Kết cấu của sợi carbon chứa ít nhất 90% nguyên tử carbon và đường kính từ 5 đến 10 micromet. Nó được tạo vì chưng nhiều loại sợi khác biệt như sợi polyacrylonitrile PAN, tua xenlulo, tua graphite (tỉ lệ carbon > 99%), than đá, dầu mỏ hoặc 1 số ít sợi khác… vật liệu carbon hay sản xuất với rất nhiều dạng thô như sợi, bện, dệt… và được kết phù hợp với các vật tư khác (cụ thể như sự phối kết hợp giữa sợi thủy tinh và gai carbon) để tạo nên 1 vật tư tổng hợp cân xứng với nhiều nghành nghề dịch vụ sản xuất với đời sống.

*

Cấu sản xuất – Phân một số loại của gai Carbon

Sợi carbon được gia công từ 90% sợi polyacrylonitrile, còn 10% là từ những loại tua khác. Kế bên ra, còn có sự tham gia của một trong những loại khí và hóa học lỏng khác nhằm mục đích tạo ra làm phản ứng hóa học giúp sợi đạt được độ bền theo yêu thương cầu. Có thể phân một số loại sợi carbon theo các điểm lưu ý sau đây:

Phân các loại dựa theo đặc tính module

Module không hề nhỏ (loại UHM): module >450 Gpa
Module cao (loại HM): module 350 – 450 Gpa
Module trung cung cấp (loại IM): module 200 – 350 Gpa
Module thấp, chất lượng độ bền kéo cao (loại HT): module 3.0Gpa
Độ bền không nhỏ (loại SHT): độ bền kéo > 4.5Gpa

Phân một số loại theo vật tư đầu vào

Sợi carbon polyacrylonitrile (PAN) Sợi carbon Pitch như than đá, dầu mỏ
Sợi carbon Rayon

Phân một số loại theo nhiệt độ xử lý cuối cùng

Loại I sợi carbon giải pháp xử lý nhiệt cao: nhiệt độ xử lý cuối cùng đạt >2000°C, rất có thể được phối hợp cùng với sợi UHM (module cao).

Xem thêm: Vật Liệu Gỗ Nhựa Composite, Gỗ Nhựa Ngoài Trời Là Gì, Phân Loại, Mẫu Mới 2024

Loại II sợi carbon cách xử trí nhiệt trung gian: ánh nắng mặt trời xử lý ở đầu cuối đạt khoảng chừng từ 1500°C, có thể được phối hợp cùng với tua loại bao gồm độ bền cao.Loại III tua carbon cách xử lý nhiệt thấp: nhiệt độ xử lý sau cuối

Các điểm lưu ý nổi bật của gai Carbon

Sợi carbon có kích thước rất mỏng. Những sợi rất có thể được xoắn hoặc cũng rất có thể được dệt lại với nhau bằng phương pháp sử dụng nhiệt độ kết phù hợp với một loại nhựa hoặc một polymer phù hợp, nhằm mục tiêu tạo ra nhiều bề ngoài theo ước ao muốn. Đặc tính nổi bật:

*

Độ bền cao và cường độ chịu đựng kéo tốt: tua carbon có điểm mạnh về chất lượng độ bền kéo với tỉ lệ modul đàn hồi cao hơn nữa so với những loại gia cường như tua thủy tinh, thép.Độ cứng cao cùng trọng lượng nhẹ: Carbon là một trong những loại sợi siêu cứng và tất cả trọng lượng khối lượng nhẹ hơn so với các vật liệu khác. Rõ ràng như cứng gấp rất nhiều lần so với thép và mạnh gấp 5 lần thép tuy vậy chỉ nặng khoảng tầm 2/3 so với trọng lượng thép.Tính ổn định về form size và kĩ năng chịu nhiệt: Hệ số giãn nở của tua carbon thấp, điều đó giúp sợi không bị co và giãn mà vẫn duy trì tính cơ học hoàn hảo dù để trong môi trường xung quanh có ánh sáng cao.Tính dẫn điện: tua carbon bao gồm tính dẫn năng lượng điện cao.Khả năng ngấm tia X: Nhờ có chức năng thấm tia X mà vật tư được ứng dụng nhiều mang đến các thành phầm dụng vắt ngành y tế như: đóng góp phần cho hình hình ảnh và quan sát được cụ thể sắc nét.Ngoài ra, gai carbon còn có những tính năng như trơ với hóa học, sinh học, sút chấn với tự trét trơn, chống mỏi, chống nạp năng lượng mòn, phòng hóa chất…

*
So với tua thủy tinh, gai carbon tất cả tính dẫn năng lượng điện cao hơn

Quy trình sản xuất của sợi Carbon

Quy trình phân phối sợi carbon gồm sự phối hợp giữa hóa học và cơ học. Nguyên liệu đầu vào sẽ tiến hành kéo thành tua dài cùng nung ở nhiệt độ cao để những nguyên tử cacbon dao động khỏe mạnh và đồng thời loại trừ những tạp chất. Cầm thể, quá trình sản xuất tua fiber carbon từ vật liệu đầu vào PAN tất cả những công đoạn sau:

– Quay: Nguyên liệu được trộn với khá nhiều thành phần khác tại 1 tỉ lệ nhất định. Sau đó, kéo thành tua thì tiến hành rửa sạch sau đó kéo cho chúng căng ra.

*

Quy trình kéo căng sợi Carbon

– Ổn định: Ở công đoạn này ra mắt sự thay đổi về mặt hóa học để các liên kết trở nên định hình hơn.

– Carbon hóa: Nung gai ở nhiệt độ độ rất cao để tạo nên các tinh thể carbon liên kết với nhau một giải pháp chặt chẽ.

– xử trí bề mặt: Thực hiện nay oxy hóa mặt phẳng để cho các sợi carbon liên kết với nhau chặt hơn.

– Định cỡ: Sợi được bọc một lớp đậy và quấn lên những ống định cỡ. Kế tiếp đưa vào máy để xoắn sợi để tạo nên các sợi có size và đường kính khác nhau.

*

Các gai có size và đường kính khác nhau

Sau khi thành phẩm các sợi này rất có thể ở dạng sợi, dệt thành vải, bện hoặc làm nguyên vật liệu gia cố kỉnh để tạo thành nhựa composite tổng hợp. 

Ứng dụng của tua carbon

Fiber carbon áp dụng vào thực tế rất cao. Số đông các nghành nghề dịch vụ trong cuộc sống và công nghiệp đều cần phải có vật liệu này. Rứa thể:

– Sản xuất siêu xe có thời gian chịu đựng vượt trội và trọng lượng cực kỳ nhẹ giúp sút tải trọng và giúp xe cộ đạt đến gia tốc lớn.

*

Siêu xe được cung ứng từ vật liệu Carbon

– Sử dụng trong những bộ phận, động cơ như: cánh trang bị bay, phanh của máy bay, ăng ten, kính thiên văn, ống dẫn sóng, linh phụ kiện ô tô, sản phẩm phát điện…

*

Sợi Carbon được ứng dụng trong cấp dưỡng máy bay

– Nhờ quánh tính bớt rung chấn mà các thiết bị music như: loa, cánh tay robot, thứ dệt… hay sử dụng vật liệu là sợi carbon để đưa về hiệu suất thao tác cao hơn.

*

Cánh tay robot gai Carbon gồm trọng lượng nhẹ

– nhờ vào vào tài năng thấm tia X mà lại carbon fiber được ứng dụng để gia công các dụng cụ, lắp thêm y tế như sản phẩm công nghệ chụp X-quang, sản phẩm phẫu thuật, cấy ghép, các phần tử giả,…

*

Tia X tua carbon ống đến thiết bị y tế

– Kết phù hợp với các hóa học nền như nhựa, bê tông,… để sinh sản thành vật liệu tổng hợp.

*

Bê tông dịu nhờ kết hợp carbon

Sợi carbon bao gồm tái chế xuất xắc tái áp dụng được không?

Sử dụng sản phẩm từ carbon làm nguyên liệu để tái chế là không đối chọi giản. Tuy nhiên, với công nghệ ngày một hiện tại đại, các kỹ sư đã nghiên cứu và phân tích và tái chế được tua carbon dẫu vậy chỉ ứng dụng trong một số sản phẩm.

Cụ thể như: gai carbon vẫn qua sử dụng có thể được nghiền nát với trộn vào bê tông để làm tăng kỹ năng thoát nước. Tuy nhiên vì năng lực chịu lực của trang bị liệu không tốt nên chỉ được dùng trong những điều kiện phù hợp.

Những điều nên biết về gai thủy tinh

*

Sợi chất thủy tinh là vật liệu được cấu trúc từ thủy tinh nóng chảy đã làm được đúc ép và tạo thành một chuỗi như trang bị liệu. Chuỗi này được dệt thành sợi và tiếp nối là thành vải. Sợi thủy tinh tất cả độ bền và trọng lượng tương tự như sợi carbon nhưng tất cả tính hoạt bát cao hơn. Những đặc tính khá nổi bật của sợi Carbon:

Không cháy
Không mục nát
Không thấm nước
Bền với những axitÍt bọn hồi hay giãn rộng,Không dẫn nhiệt, dẫn điện và không hút ẩm.

Hướng dẫn chi tiết cách sản xuất sợi chất liệu thủy tinh và sợi carbon

Cách sản xuất sợi thủy tinh

Sợi thủy tinh được chế tạo làm bằng phương pháp nấu chảy silica để loại bỏ tạp chất. Chất liệu thủy tinh ở dạng lỏng được nung nóng với đùn sang một tấm kim loại, trên kia có các lỗ nhỏ dại được gọi là ống lót. Bây giờ các dây thủy tinh trong sẽ được làm mát khoảng 1.200°C cùng với nước với không khí. Cuối cùng, chúng được kéo dài thành những sợi mỏng mảnh rồi quấn thành những cuộn thủy tinh.

*

Công đoạn kéo sợi thủy tinh

Cách sản xuất sợi carbon

Quá trình chế tạo carbon cần có polyacrylonitril lỏng, các thành phần hỗn hợp xơ của các nguyên tử carbon. Toàn bộ được oxy hóa sinh sống nhiệt độ khoảng 300°C nhằm mục tiêu ngăn chặn những sợi bám lại cùng với nhau. Sau đó, sẽ cacbon hóa các nguyên vật liệu trong lò yếm khí ở nhiệt độ 1000°C. Quá trình này làm cho các nguyên tử hợp duy nhất và đào thải các tạp chất lẫn vào để tạo ra các nguyên tử carbon tinh khiết.

*
Quy trình tiếp tế sợi carbon

Phân biệt sợi chất thủy tinh và gai carbon 

So sánh sợi chất liệu thủy tinh và sợi carbon

Hai vật tư sợi thủy tinh và tua carbon đều rất phổ biến và bao hàm đặc tính tựa như nhau trên nhiều phương diện, rõ ràng như: độ cứng cao, trọng lượng nhẹ, kháng hóa chất và chống nạp năng lượng mòn. Tuy nhiên, cũng đều có sự khác nhau giữa sợi chất thủy tinh và gai carbon:

Sợi carbon có những đặc tính riêng rẽ như chịu nhiệt, hệ số giản nở sức nóng thấp, tài năng thấm tia X, dẫn điện, chống mỏi
Sợi thủy tinh có những đặc tính riêng biệt như chống cháy, ko thấm nước, ko dẫn điện với không dẫn nhiệt.Cường độ chịu kéo của sợi carbon là 1000MPa cao hơn sợi thủy tinh trong (700MPa)Mô đun bầy hồi của gai carbon là 651.5 GPa cao hơn đáng đề cập so cùng với sợi chất liệu thủy tinh (72.5 GPa)Ứng dụng của sợi carbon là thân vật dụng bay, dụng cụ thể thao, gia cường mang lại kết cấu bê tông, thảm cao su thiên nhiên chống tĩnh điện…

Nhìn chung, sợi carbon bền và chắc chắn hơn so cùng với sợi chất liệu thủy tinh và có thể thay thế các kim một số loại khác trong một số trong những ứng dụng.

Chất gia cường sợi chất liệu thủy tinh và gai carbon nào giỏi hơn khi in ấn 3D?

Vật liệu composite gồm 2 loại gia cường chủ yếu đó là sợi thủy tinh trong và tua carbon. Hai nhiều loại này có khá nhiều ưu điểm về độ dai bền, độ cứng, nên các kỹ sư đang tìm phương pháp pha chế sợi thủy tinh hoặc carbon vào vật liệu in 3d truyền thống. Sản phẩm gia vô tư kỹ thuật chế tác mẫu 3D, buộc phải phải:

Chuẩn size hình học
Có thể tối ưu xây cất tùy ýGiảm khối lượng
Hợp tốt nhất các cụ thể lắp ghép
Kiểm tra tính khả thi trước lúc đưa vào đúc xay nhựa

Với nghệ thuật in 3D, rất có thể “đúc” ra rất nhiều vật thể, cụ thể cơ khí gồm độ bền nhưng thời hạn và ngân sách lại sút đáng kể.

*

Ứng dụng công nghệ in 3d trong cung ứng siêu xe

Cả hai các loại nhựa in 3 chiều từ thủy tinh và tua carbon đều sở hữu những đặc điểm kỹ thuật tương đối giống nhau. Mặc dù nhiên, cũng có một vài yếu tố biệt lập sau đây:

Chất liệu nền polymer (ABS, nylon, polycarbonate)Chất liệu nền giao diện phối trộn Phần trăm (%) lượng filber pha vào
Thông số trên phần mềm điều khiển lắp thêm in 3DChất lượng cơ khí của những máy in 3D

*

Sản phẩm trường đoản cú bê tông cốt từ chất liệu thủy tinh được in 3D

Bảng thống kê lại sau đây sẽ giúp đỡ bạn gồm sự lựa chọn tương xứng giữa 2 làm từ chất liệu in 3d sợi chất thủy tinh và tua carbon:

Yêu cầuLựa chọn
Giá cả đề nghị chăngGlass fiber
Độ bền kéoCarbon fiber
Độ cứngCarbon fiber
Tuổi thọ caoGlass fiber
Độ dẻoGlass fiber
Trọng lượng nhẹCarbon fiber
Khả năng chịu đựng nhiệtCả 2
Kháng chịu bào mòn hóa họcCả 2
Độ bền mỏiCarbon fiber
Kháng chịu đựng tia UVCả 2
Khả năng kháng tĩnh điệnCarbon fiber
Tiềm năng về dẫn điệnCarbon fiber
Cho phép vi sóng xuyên quaGlass fiber
Pha trộn nhiều màu sắc sắcGlass fiber

Bài viết trên sẽ cung cấp toàn cục thông tin và bí quyết phân biệt sợi thủy tinh trong và gai carbon, hy vọng bạn đã có thêm tin tức để chọn lựa được một số loại vật liệu tương xứng với nhu cầu sử dụng của mình.