Vật liệu tổng hợp Polyme cốt sợi carbon (CFRP) là vật liệu bền, nhẹ được sử dụng để sản xuất nhiều sản phẩm được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Nó là một thuật ngữ được sử dụng để mô tả vật liệu composite được gia cố bằng sợi sử dụng sợi carbon làm thành phần cấu trúc chính. Cần lưu ý rằng chữ “P” trong CFRP cũng có thể là viết tắt của “nhựa” thay vì “polyme”.
Nói chung, vật liệu tổng hợp CFRP sử dụng nhựa nhiệt rắn như epoxy, polyester hoặc vinyl ester . Mặc dù nhựa nhiệt dẻo được sử dụng trong vật liệu tổng hợp CFRP, “vật liệu tổng hợp nhựa nhiệt dẻo gia cố sợi carbon” thường có từ viết tắt riêng, vật liệu tổng hợp CFRTP.
Khi làm việc với vật liệu tổng hợp hoặc trong ngành công nghiệp vật liệu tổng hợp, điều quan trọng là phải hiểu các thuật ngữ và từ viết tắt. Quan trọng hơn, cần phải hiểu các tính chất của vật liệu tổng hợp FRP và khả năng của các chất gia cố khác nhau, chẳng hạn như sợi carbon.
Thuộc tính của vật liệu tổng hợp CFRP
Vật liệu composite cốt sợi carbon khác với các vật liệu composite FRP khác sử dụng các vật liệu truyền thống như sợi thủy tinh hoặc sợi aramid . Các thuộc tính của hợp chất CFRP có lợi bao gồm:
Trọng lượng nhẹ – Một hỗn hợp cốt sợi thủy tinh truyền thống sử dụng sợi thủy tinh liên tục với 70% sợi thủy tinh (trọng lượng thủy tinh/tổng trọng lượng) thường sẽ có mật độ 0,065 pound trên mỗi inch khối .
Trong khi đó, hỗn hợp CFRP, có cùng trọng lượng sợi 70%, thường có mật độ 0,055 pound trên mỗi inch khối.
Tăng độ bền: Vật liệu tổng hợp sợi carbon không chỉ nhẹ hơn mà vật liệu tổng hợp CFRP còn bền hơn và cứng hơn trên mỗi đơn vị trọng lượng. Điều này đúng khi so sánh vật liệu tổng hợp sợi carbon với sợi thủy tinh, nhưng thậm chí còn đúng hơn khi so sánh với kim loại.
Ví dụ, một nguyên tắc chung khi so sánh thép với vật liệu tổng hợp CFRP là cấu trúc sợi carbon có độ bền tương đương thường sẽ bằng 1/5 trọng lượng của thép. Bạn có thể tưởng tượng tại sao các công ty ô tô đang xem xét sử dụng sợi carbon thay vì thép.
Khi so sánh vật liệu tổng hợp CFRP với nhôm, một trong những kim loại nhẹ nhất đang được sử dụng, một giả định tiêu chuẩn là cấu trúc nhôm có độ bền tương đương sẽ có thể nặng gấp 1,5 lần cấu trúc sợi carbon.
Tất nhiên, có nhiều yếu tố có thể thay đổi sự so sánh này. Cấp độ và chất lượng của vật liệu có thể khác nhau, và với vật liệu tổng hợp, quy trình sản xuất, cấu trúc sợi và chất lượng phải được xem xét .
Nhược điểm của vật liệu tổng hợp CFRP
Chi phí – Mặc dù là một vật liệu tuyệt vời nhưng sợi carbon không được sử dụng trong mọi ứng dụng là có lý do. Hiện tại, vật liệu tổng hợp CFRP có chi phí cao trong nhiều trường hợp. Tùy thuộc vào điều kiện thị trường hiện tại (cung và cầu), loại sợi carbon (loại hàng không vũ trụ so với loại thương mại) và kích thước của sợi kéo, giá của sợi carbon có thể thay đổi đáng kể.
Sợi carbon thô, tùy thuộc vào giá mỗi pound, có thể đắt hơn sợi thủy tinh từ 5 đến 25 lần. Sự chênh lệch này thậm chí còn lớn hơn khi so sánh thép với vật liệu tổng hợp CFRP.
Độ dẫn điện – Đây có thể là một lợi thế đối với vật liệu tổng hợp sợi carbon hoặc một nhược điểm tùy thuộc vào ứng dụng. Sợi carbon cực kỳ dẫn điện, trong khi sợi thủy tinh cách điện. Nhiều ứng dụng sử dụng sợi thủy tinh và không thể sử dụng sợi carbon hoặc kim loại, do tính dẫn điện.
Ví dụ, trong ngành công nghiệp tiện ích, nhiều sản phẩm bắt buộc phải sử dụng sợi thủy tinh. Đó cũng là một trong những lý do cầu thang sử dụng sợi thủy tinh làm tay vịn cầu thang. Nếu thang sợi thủy tinh tiếp xúc với đường dây điện, khả năng bị điện giật sẽ thấp hơn nhiều. Điều này sẽ không xảy ra với thang CFRP.
Mặc dù chi phí của vật liệu tổng hợp CFRP vẫn còn cao, nhưng những tiến bộ công nghệ mới trong sản xuất vẫn tiếp tục cho phép tạo ra các sản phẩm có hiệu quả về chi phí hơn. Hy vọng rằng trong cuộc đời của chúng ta, chúng ta sẽ có thể thấy sợi carbon tiết kiệm chi phí được sử dụng trong nhiều ứng dụng tiêu dùng, công nghiệp và ô tô.
