Liên hiệp các hội khoa học và kỹ thuật Việt Nam
Thứ năm, 14/09/2006 23:23 (GMT+7)

Thời của Carbon - Vật liệu của thế kỷ 21 và những ứng dụng mới

Sự tiến hóa của loài người được đánh dấu bởi sự thay đổi của vật liệu ngay từ thời kỳ tiền sử. Con người luôn tìm kiếm những vật liệu mới để cải tạo xã hội và chính bản thân mình. Đó là một quy luật khách quan. Thế kỷ 20 đánh dấu sự phát triển vượt bậc của polime cao phân tử, tổng hợp từ những chuỗi hydrocarbon đã mở ra một thế giới mới đầy ngạc nhiên. Các sản phẩm trở nên nhẹ hơn, đẹp hơn và phong phú hơn.

Tiếp đó là vật liệu composite như sợi thủy tinh, ceramic... Tuy nhiên đối với những ứng dụng đặc biệt đòi hỏi những yêu cầu khắt khe về độ bền, trọng lượng cũng như khả năng chịu nhiệt độ, ăn mòn... thì các loại vật liệu trên vẫn chưa thể đáp ứng được.

Sự ra đời của sợi carbon đã trở thành một chìa khóa về công nghệ và sự lựa chọn số một để giải quyết vấn đề trên đối với rất nhiều ngành.

Những “tấm vải” siêu cứng

Sợi carbon hiện nay được sử dụng dưới dạng plastic gia cường sợi carbon CFRP (Carbon Fiber-Reinforced Plastic) có cốt dạng sợi mảnh hoặc dạng tấm dệt bằng sợi carbon hay còn được gọi là plastic gia cường graphit GRP (Graphite-Reinforced Plastic). Đây là loại vật liệu có những tính năng tuyệt vời nhất và cũng rất đắt tiền. Giá thành của chúng cao như vậy một phần là do sợi carbon còn là loại vật liệu mới và công nghệ sản xuất còn tương đối phức tạp, với số lượng hạn chế.

Để có được CFRP hoặc GRP trước tiên cần sản xuất được sợi carbon. Một phương pháp phổ biến nhất hiện nay đó là dùng phản ứng oxi hóa và nhiệt phân Polyacrylonitrile theo những quy trình kỹ thuật nhất định để kéo chúng thành sợi và tạo được độ cứng cần thiết. Các sợi carbon thu được chính là những sợi cơ bản để tạo thành vật liệu carbon. Sau đó chúng được tết lại thành các bó sợi để đảm bảo có độ cứng cao hơn và chắc hơn. Số lượng sợi trong một bó cũng lên đến hàng nghìn và phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật của từng sản phẩm. Chỉ số đánh giá chất lượng của bó sợi theo 1K, 2K, 3K... (1K=1.000sợi/bó).

Sau khi sản xuất được các bó sợi, chúng sẽ được dệt thành các "tấm vải" carbon. Hoa văn (cách dệt) và các bó sợi sử dụng sẽ mang tính quyết định đến độ cứng của sản phẩm thu được. Các tấm vải carbon này sẽ được dùng làm cốt cho các chi tiết cần gia công. Có thể sử dụng từ một đến vài lớp vải để ép lại với nhau tùy theo yêu cầu.

Cuộc cách mạng vật liệu

Các tấm vải carbon này được đặt vào khuôn ép và đổ đầy chất dẻo nóng để làm chất phụ gia và liên kết cũng như tạo bề mặt bóng cần thiết. Đối với các yêu cầu cao về độ cứng thì việc tạo khuôn được thực hiện trong môi trường chân không và tuyệt đối sạch. Tuy nhiên với những ứng dụng thông thường khi yếu tố giá cả quan trọng hơn thì khâu này được bỏ qua. Kết quả cuối cùng thu được là các tấm vật liệu không bị ăn mòn trong nước và có độ cứng cao và đặc biệt là trọng lượng nhẹ. Nếu trong khuôn vẫn còn không khí, các bong bóng khí bên trong vật liệu sẽ làm giảm độ cứng của thành phẩm.

Sự ra đời của sợi carbon đã giải quyết được rất nhiều những ứng dụng đòi hỏi cao về độ cứng và trọng lượng. Mang đến cho con người nhiều tiện lợi mới bằng những sản phẩm chất lượng. Tuổi thọ của sợi carbon có thể kéo dài vô hạn. Một trong những lĩnh vực quan trọng đó là hàng không vũ trụ, sợi carbon đã được ứng dụng rất sớm trên những con tàu vũ trụ, máy bay chiến đấu và hành khách để làm vỏ, khung dầm và nhiều kết cấu chịu lực khác. Boeing đã đưa ra chiếc chiến đấu cơ hiện đại nhất thế giới X32 với kết cấu cánh tam giác làm bằng plastic gia cường sợi carbon, nhưng do những phức tạp trong công nghệ sản xuất nên cuối cùng X32 đã thua chiếc F35 của Lockheed Martin trong cuộc đua giành hợp đồng "Joint Strike Fighter" của Lầu Năm Góc trị giá hàng tỷ USD. Sợi carbon đã có mặt trên các máy bay vận tải hành khách thế hệ mới nhất hiện nay như Airbus A380, A350, Boeing 787...

Trong sản xuất xe hơi, CFRP được sử dụng rộng rãi đặc biệt trên các xe đua công thức 1 và nhiều giải đua danh tiếng khác. Chúng được dùng làm chassis, thân xe đơn khối, các kết cấu khí động và chịu lực của xe đua. Giá thành cao của sợi carbon không phải là vấn đề đối với những chiếc xe đua đắt tiền kia. Bù lại nó giảm được khối lượng của xe trong khi vẫn đảm bảo được độ cứng và chắc chắn của thân xe và tất nhiên làm chiếc xe có tốc độ nhanh hơn một cách đáng kể. Ferrari là một trong những đội đua thành công nhất với việc ứng dụng carbon trên những chiếc F1 của mình với nhiều lần liên tiếp vô địch thế giới của tay đua Michael Schumacher.

Sợi carbon cũng là chìa khóa công nghệ để chế tạo những chiếc siêu xe thể thao đắt tiền có tốc độ cao như McLaren F1, Koenigsegg CCX, Mercedes-Benz SLR McLaren, Bugatti Veyron hay Pagani Zonda. Chúng chủ yếu được làm thân xe đơn khối có độ cứng cao và nhẹ và các chi tiết trang trí khác. Làm cho những chiếc xe này trở lên đẹp và ấn tượng hơn cũng như giá thành nâng lên đáng kể.

Ở đâu cũng... carbon

Cho đến gần đây, sợi carbon đã được sử dụng nhiều hơn trên các xe hơi thông thường nhưng do giá thành của chúng còn tương đối cao cho nên vẫn chỉ có mặt trên những model cao cấp và đắt tiền. Một số hãng chế tạo xe hơi dùng nhiều carbon như BMW, Ford, GM và Mercedes Benz. Chiếc xe thể thao Corvette Z06 mới nhất của Chevrolet dùng carbon làm thân xe. TVR hãng xe nhỏ của Anh Quốc cũng dùng carbon để làm thân cho những chiếc xe thể thao của mình như Tuscan và Sagaris để thay thế cho nhựa và sợi thủy tinh vẫn được hãng sử dụng trước đây. Đối với những hãng nâng cấp xe hơi ở Đức, Nhật, Italia, Mỹ... thì vật liệu carbon đã trở thành thông dụng để chế tạo ra các chi tiết trang trí độc đáo cho những sản phẩm "độ" của họ như: các tấm ốp thân xe, cánh khí động, lazang, phanh và vỏ động cơ. Những chiếc xe đạp đặc biệt là những chiếc xe đua đã được làm bằng sợi carbon. Với đặc tính hấp thụ được rung xóc, xe đạp carbon rất tốt khi sử dụng trong các điều kiện địa hình khắc nghiệt, thêm vào đó là trọng lượng nhẹ đáng chú ý so với các khung xe đạp thông thường làm bằng thép và nhôm. Profile của khung xe dễ dàng điều chỉnh về độ cứng và hình dạng để tăng đặc tính khí động. Mercedes vừa giới thiệu chiếc Carbon Bike high-end nhất thế giới với trọng lượng chỉ 8,3kg. Ngoài ra carbon còn làm khung và thân các du thuyền sang trọng hiện đại. 118 WallyPower chiếc siêu du thuyền chạy bằng động cơ tuabin khí trị giá 25 triệu USD có vỏ làm bằng sợi carbon.

Sợi carbon cũng đã được sử dụng trên các phương tiện điện tử mobile như máy tính xách tay. Acer Ferrari 4000 là chiếc laptop đầu tiên có vỏ làm bằng sợi carbon dùng cho đội đua Formula 1 của Ferrari. Rất nhiều dụng cụ thể thao như vợt tennis, cầu lông, cần câu cá, nhạc cụ cũng dần được làm từ sợi carbon.

Lĩnh vực xây dựng dân dụng đã dần để ý đến những đặc tính của sợi carbon nhất là những ngành liên quan đến kết cấu như cầu, sân vận động, nhà thi đấu... Carbon đang là những giải pháp để thay thế cho các loại vật liệu xây dựng thông thường. Westage Brigde ởMelbournelà chiếc cầu lớn nhất thế giới hiện nay được gia cố bằng những tấm sợi carbon mỏng. Carbon có nhiều ưu điểm hơn là sắt thép thông thường, quan trọng nhất đó là có độ cứng lớn hơn và không bị ăn mòn, hứa hẹn sẽ có nhiều ứng dụng hơn nữa trong xây dựng một khi giá thành của nó được hạ xuống đáng kể. Loài người đang sống trong thời đại của sợi carbon đó là một sự thật. Sự có mặt ngày càng nhiều của sợi carbon mang đến những sản phẩm chất lượng cao và mở ra những ứng dụng mới cho con người.

Nguồn: Tư vấn Tiêu dùng - Số 10,20/05/2006

Xem Thêm

Thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý năng lượng - Giải pháp then chốt giảm phát thải nhà kính
Ngày 17/12, tại phường Bà Rịa, thành phố Hồ Chí Minh (TP.HCM), Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Sở Công Thương TP.HCM, Trung tâm Chứng nhận Chất lượng và Phát triển Doanh nghiệp và Công ty Cổ phần Tập đoàn Vira tổ chức Hội thảo khoa học “Giải pháp thúc đẩy ứng dụng AI trong quản lý, sử dụng năng lượng hiệu quả nhằm giảm phát thải khí nhà kính”.
Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách
Trong hai ngày 12-13/11, tại tỉnh Cao Bằng, Liên hiệp các Hội KH&KT Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PanNature) và Liên hiệp các Hội KH&KT tỉnh Cao Bằng tổ chức Chương trình chia sẻ “Thúc đẩy vai trò của Liên hiệp các Hội KH&KT địa phương trong bảo tồn đa dạng sinh học và thực thi chính sách”.
Thúc đẩy ứng dụng thực tiễn của vật liệu tiên tiến trong sản xuất năng lượng sạch
Ngày 24/10, tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp với Hội Khoa học Công nghệ Xúc tác và Hấp phụ Việt Nam (VNACA) tổ chức Hội thảo khoa học “Vật liệu tiên tiến ứng dụng trong sản xuất nhiên liệu tái tạo và giảm phát thải khí nhà kính”.
Dựa vào thiên nhiên để phát triển bền vững vùng núi phía Bắc
Đó là chủ đề của hội thảo "Đa dạng sinh học và giải pháp dựa vào thiên nhiên cho phát triển vùng núi phía Bắc" diễn ra trong ngày 21/10, tại Thái Nguyên do Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (Vusta) phối hợp với Trung tâm Con người và Thiên nhiên (PANNATURE) phối hợp tổ chức.
Muốn công tác quy hoạch hiệu quả, công nghệ phải là cốt lõi
Phát triển đô thị là một quá trình, đô thị hoá là tất yếu khách quan, là một động lực quan trọng cho phát triển kinh tế - xã hội nhanh và bền vững. Trong kỷ nguyên vươn mình, quá trình đô thị hoá không thể tách rời quá trình công nghiệp hoá - hiện đại hoá đất nước...
Hội thảo quốc tế về máy móc, năng lượng và số hóa lần đầu tiên được tổ chức tại Vĩnh Long
Ngày 20/9, tại Vĩnh Long đã diễn ra Hội thảo quốc tế về Máy móc, năng lượng và số hóa hướng đến phát triển bền vững (IMEDS 2025). Sự kiện do Hội Nghiên cứu Biên tập Công trình Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VASE) - hội thành viên của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) phối hợp cùng Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long (VLUTE) tổ chức.
Ứng dụng công nghệ số toàn diện là nhiệm vụ trọng tâm của VUSTA giai đoạn tới
Ứng dụng công nghệ số toàn diện, xây dựng hệ sinh thái số là bước đi cấp thiết nhằm nâng cao hiệu quả quản trị và phát huy sức mạnh đội ngũ trí thức của Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA). Qua đó cho thấy, VUSTA không chỉ bắt kịp xu thế công nghệ mà còn chủ động kiến tạo những giá trị mới, khẳng định vai trò tiên phong của đội ngũ trí thức trong thời đại số.

Tin mới

Quyết định số 185-QĐ/TW: Bộ Chính trị giao 1.878.362 biên chế năm 2026
Thay mặt Bộ Chính trị, đồng chí Thường trực Ban Bí thư Trần Cẩm Tú đã ký ban hành Quyết định số 185-QĐ/TW ngày 02/6/2026, về biên chế các ban, cơ quan, đơn vị sự nghiệp của Đảng ở Trung ương; cơ quan Mặt trận Tổ quốc, cơ quan tham mưu, giúp việc Đảng uỷ Mặt trận Tổ quốc, các đoàn thể Trung ương, Đảng uỷ các cơ quan Đảng Trung ương và các tỉnh, thành phố năm 2026.
GS.VS.TSKH Trần Đình Long: Khoa học chỉ thật sự có giá trị khi đến được với người dân
Từ một cậu học trò nghèo đất Tổ Phú Thọ đến nhà khoa học được quốc tế ghi nhận, được vinh danh Công dân Thủ đô ưu tú năm 2025, hành trình của ông là câu chuyện đẹp về lòng say mê tri thức, tinh thần cống hiến và niềm tin bền bỉ vào tương lai của nền nông nghiệp Việt Nam.
VUSTA - cầu nối thúc đẩy hợp tác khoa học, giáo dục giữa cơ sở đào tạo của Việt Nam và Tatarstan
Chiều ngày 08/6, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam (VUSTA) cùng Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Hà Nội (USTH) đã có cuộc làm việc, trao đổi trực tuyến với Bộ Giáo dục và Khoa học Cộng hòa Tatarstan (Liên bang Nga) cùng đại diện nhiều viện nghiên cứu, trường đại học hàng đầu của Tatarstan nhằm thúc đẩy hợp tác trong lĩnh vực khoa học, công nghệ và giáo dục đào tạo.
Chủ tịch Phan Xuân Dũng: VUSTA luôn ủng hộ, hỗ trợ Hội Cơ học Việt Nam tổ chức các sân chơi bổ ích cho sinh viên
Ngày 07/6/2026, tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, Hội Cơ học Việt Nam đã long trọng tổ chức Lễ Tổng kết và Trao giải Olympic Cơ học toàn quốc lần thứ 36 năm 2026 khu vực phía Bắc. Đây là sự kiện thường niên có ý nghĩa quan trọng nhằm đánh giá kết quả kỳ thi, biểu dương những thành tích nổi bật của sinh viên, giảng viên và các cơ sở đào tạo trên cả nước.
Bắc Ninh: Ông Ngô Chí Vinh giữ chức Chủ tịch Liên hiệp Hội Khóa I
Trong 02 ngày 05 và 06/6, Liên hiệp các hội Khoa học và Kỹ thuật tỉnh Bắc Ninh đã tổ chức Đại hội đại biểu lần thứ nhất, nhiệm kỳ 2026-2031. Phiên thứ nhất của Đại hội diễn ra chiều ngày 05/6; phiên chính thức được tổ chức vào sáng ngày 06/6/2026 với sự tham dự của đông đảo đại biểu đại diện cho đội ngũ trí thức khoa học và công nghệ trên địa bàn tỉnh.
Hải Phòng: Xác định tiêu chí chuyên gia, nhà khoa học người nước ngoài
Sáng 05/6, Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật (Liên hiệp Hội) thành phố Hải Phòng đã tổ chức hội thảo tư vấn, góp ý vào dự thảo Nghị quyết quy định tiêu chí đối với người nước ngoài là chuyên gia, nhà khoa học, người có tài năng, nhà quản lý, người lao động có trình độ cao làm việc tại doanh nghiệp có trụ sở chính trong Khu thương mại tự do thành phố Hải Phòng.
Thủ tướng Lê Minh Hưng hội đàm với Thủ tướng Lào Sonexay Siphandone
​Nhận lời mời của Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng, chiều 7/6, Thủ tướng Chính phủ nước Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào Sonexay Siphandone dẫn đầu Đoàn đại biểu cấp cao Chính phủ Lào đến Thủ đô Hà Nội, bắt đầu chuyến thăm chính thức Việt Nam và tham dự Diễn đàn Tương lai ASEAN 2026 từ ngày 7-9/6.