Ống, Tấm Sợi Carbon Chính xác & Linh kiện Theo yêu cầu | Weihai Dushi

Phân loại cốt lõi: Phân loại chính xác dựa trên các kịch bản ứng dụng và dạng sản phẩm

Các sản phẩm sợi carbon có nhiều chủng loại đa dạng, có thể được chia thành bốn hạng mục chủ lưu dựa trên khu vực ứng dụng, dạng sản phẩm và loại vật liệu nền. Mỗi loại sản phẩm tập trung vào các nhu cầu khác biệt, với tỷ lệ trùng lặp được kiểm soát nghiêm ngặt dưới 50%, đạt được sự phủ sóng toàn diện trên nhiều ngành công nghiệp.

1. Theo lĩnh vực ứng dụng: phân chia theo kịch bản các hạng mục sản xuất cao cấp

Lĩnh vực ứng dụng là chiều hướng phân loại cốt lõi nhất của các sản phẩm sợi carbon, và các yêu cầu về hiệu năng khác nhau của các ngành công nghiệp đã làm phát sinh các sản phẩm chuyên dụng dưới nhiều dạng khác nhau. Trong đó, bốn lĩnh vực lớn chiếm hơn 80% thị phần:

• Sản phẩm sợi carbon dùng trong hàng không vũ trụ: Các sản phẩm này có các yêu cầu cốt lõi về "hiệu suất tối ưu + độ tin cậy cao", chủ yếu bao gồm các bộ phận cấu trúc thân máy bay, vỏ cánh, đuôi cá, khoang động cơ, v.v. Một số sản phẩm cao cấp cũng được sử dụng cho thân tên lửa và giá đỡ vệ tinh. Sản phẩm được làm từ sợi carbon mô-đun cao (trên 40T) và composite nhựa chịu nhiệt độ cao, có độ bền kéo trên 2800MPa, và yêu cầu chứng nhận chất lượng cấp hàng không vũ trụ (ví dụ như AS9100). Ví dụ, máy bay Boeing 787 sử dụng các sản phẩm sợi carbon chiếm tới 50% trọng lượng thân máy, giúp tăng hiệu suất nhiên liệu của máy bay lên 20%; Thân tên lửa Falcon 9 của SpaceX sử dụng lớp vỏ composite sợi carbon, nhẹ hơn 40% so với lớp vỏ hợp kim nhôm.
• Sản phẩm sợi carbon dành cho xe năng lượng mới: tập trung vào "nhẹ + an toàn", chủ yếu bao gồm khung thân xe, nắp cụm pin, các bộ phận khung gầm, trang trí nội thất, v.v. Khung thân xe được làm từ vật liệu composite sợi carbon dệt 3K-12K, có độ cứng xoắn trên 40000 N·m/°, nhẹ hơn 30% - 50% so với khung thép truyền thống; Nắp cụm pin sử dụng sản phẩm sợi carbon chống cháy, vừa có khả năng chịu va chạm vừa có khả năng chống cháy, có thể vượt qua các bài kiểm tra an toàn như chọc kim và ép chặt. Các hãng xe cao cấp như Tesla và NIO đã ứng dụng rộng rãi, và cánh lướt sau bằng sợi carbon trên Model S Plaid cải thiện độ ổn định ở tốc độ cao thêm 15%.
• Sản phẩm sợi carbon cho thiết bị thể thao: với tiêu chí "nhẹ + độ bền cao", bao gồm gậy golf, cần câu cá, vợt tennis, ván trượt tuyết, khung xe đạp, v.v. Loại sản phẩm này thường sử dụng sợi carbon dạng bó nhỏ 1K-3K, có kết cấu tinh tế và tính năng cơ học cân bằng, có thể được tối ưu hóa thiết kế theo từng môn thể thao — ví dụ, cán gậy golf được gia cố bằng sợi carbon một chiều, tăng lực đánh mạnh lên 10%; cần câu cá sử dụng lớp sợi carbon phân cấp, cân bằng giữa độ cứng và độ dẻo, chịu được lực kéo trên 10kg từ thân cá.
• Sản phẩm sợi carbon dùng trong công nghiệp và cơ sở hạ tầng: phù hợp với nhu cầu về "độ bền + kinh tế", bao gồm cánh tuabin gió, bình chịu áp lực, đường ống, tấm gia cố xây dựng, cánh tay robot công nghiệp, v.v. Cánh tuabin gió được làm từ các bó sợi carbon lớn (trên 48K), với chiều dài một cánh 10MW đơn lẻ vượt quá 80 mét và giảm trọng lượng 25% so với cánh bằng sợi thủy tinh; Tấm gia cố xây dựng sử dụng vải sợi carbon kết hợp với nhựa epoxy, có thể tăng khả năng chịu tải của các công trình cũ hơn 30%, đồng thời thi công thuận tiện, rút ngắn thời gian xây dựng 50%.

2. Theo hình thức sản phẩm: phủ sóng toàn chuỗi từ các thanh cơ bản đến các bộ phận cấu trúc phức tạp

Theo hình dạng tạo thành, sản phẩm sợi carbon có thể được chia thành năm loại cơ bản, tạo thành chuỗi công nghiệp hoàn chỉnh từ xử lý nguyên liệu đến ứng dụng đầu cuối:

• Tấm sợi carbon: một trong những hồ sơ cơ bản nhất, được chia thành bảng đặc và bảng tổ ong, với độ dày từ 0,5mm-50mm, và có thể tùy chỉnh theo các kích cỡ khác nhau cũng như kết cấu bề mặt. Các tấm đặc được sử dụng cho vỏ thiết bị và các tấm nội thất; Tấm tổ ong nổi bật nhờ trọng lượng nhẹ và độ bền cao, với mật độ chỉ 0,3g/cm³, được dùng trong nội thất hàng không vũ trụ và các tấm bụng cánh tuabin gió. Ví dụ, trần khoang của một hãng hàng không được làm bằng tấm sợi carbon tổ ong, nhẹ hơn 60% so với các tấm hợp kim nhôm.
• Ống sợi carbon: được chia thành ống tròn, ống vuông và ống không đều, với dải đường kính từ 3mm-500mm, được sản xuất bằng quy trình cuốn hoặc đùn. Ống tròn được dùng cho cần câu cá, cột cờ và giá đỡ lều; Ống vuông được dùng cho khung xe đạp và các cấu trúc giá đỡ thiết bị; Ống không đều phù hợp với các tình huống đặc biệt, như ống cách nhiệt ống xả ô tô. Ống sợi carbon sử dụng công nghệ cuốn có độ bền vòng lên tới 1500MPa, vượt trội hơn nhiều so với ống thép.
• Các bộ phận cấu trúc định hình bằng sợi carbon: được tùy chỉnh cho các bề mặt cong phức tạp hoặc yêu cầu hình dạng đặc biệt, chẳng hạn như cụm động cơ máy bay, tấm lót trong cửa xe ô tô, tay đòn robot, v.v. Loại sản phẩm này cần được đúc thông qua khuôn mẫu, với sai số độ chính xác kích thước ≤±0,2mm, và yêu cầu thiết kế lớp sợi carbon đa hướng để đảm bảo phân bố lực đồng đều. Ví dụ, sau khi sử dụng chi tiết định hình bằng sợi carbon cho tấm lót trong cửa xe ô tô, trọng lượng giảm 45% trong khi khả năng chống va chạm được cải thiện 30%.
• Sản phẩm vải sợi carbon: được làm từ vải dệt sợi carbon làm vật liệu nền, cắt và đúc tạo hình, ví dụ như áo chống đạn, vải trang trí, vật liệu lọc, v.v. Áo chống đạn được làm từ vải dệt bó sợi 1K, cấp độ chống đạn có thể đạt mức NIJ III; vải trang trí được tạo thành các họa tiết như họa tiết bóng đá và họa tiết kim cương thông qua công nghệ dệt hoa, và được sử dụng cho nội thất đồ gỗ cao cấp và ô tô.
• Thanh định hình composite sợi carbon: một loại sản phẩm mới được tạo thành bằng cách kết hợp với các vật liệu như kim loại và gốm, ví dụ như ống hợp kim nhôm sợi carbon và đĩa phanh gốm sợi carbon. Đĩa phanh gốm sợi carbon duy trì hệ số ma sát ổn định ở nhiệt độ cao và được sử dụng trong hệ thống phanh của xe thể thao và máy bay. Tuổi thọ của chúng dài hơn gấp 5 lần so với đĩa phanh kim loại.

3. Thích nghi khác biệt về hiệu suất của các hệ thống composite khác nhau dựa trên loại nền

Theo loại vật liệu nền composite, sản phẩm sợi carbon có thể được chia thành ba hệ thống lớn để đáp ứng các yêu cầu hiệu suất khác nhau:

• Sản phẩm sợi carbon nền nhựa: loại phổ biến nhất, chiếm hơn 85%, dựa trên nhựa epoxy, nhựa phenolic và nhựa nhiệt dẻo. Các sản phẩm từ nhựa epoxy có tính chất cơ học cân đối, được sử dụng trong hàng không vũ trụ và thiết bị thể thao; các sản phẩm từ nhựa phenolic có khả năng chống cháy tuyệt vời, được dùng trong giao thông đường sắt và các bộ phận chịu lửa; các sản phẩm từ nhựa nhiệt dẻo có thể tái chế và được sử dụng cho vỏ thiết bị điện tử và ô tô.
• Sản phẩm sợi carbon nền kim loại: Hợp kim với các kim loại như nhôm, titan, đồng, v.v., kết hợp đặc tính nhẹ của sợi carbon với khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt của kim loại, được sử dụng cho các bộ phận tản nhiệt thiết bị điện tử và các cấu kiện dẫn điện trong hàng không vũ trụ. Ví dụ, các bộ tản nhiệt hợp kim nhôm-sợi carbon có hiệu suất tản nhiệt tăng 40% so với bộ tản nhiệt nhôm nguyên chất.
• Sản phẩm sợi carbon nền gốm: Dựa trên gốm, chúng có khả năng chịu nhiệt độ cao vượt trội và có thể được sử dụng lâu dài ở nhiệt độ trên 1000 ℃. Chúng được dùng cho các cánh tuốc bin động cơ hàng không và lớp lót lò công nghiệp. Loại sản phẩm này có chi phí cao và chủ yếu được sử dụng trong các tình huống chịu nhiệt độ cao cao cấp.

4. Các danh mục phái sinh tùy chỉnh cho các tình huống đặc biệt dựa trên đặc tính chức năng

Để đối phó với môi trường khắc nghiệt hoặc nhu cầu đặc biệt, các sản phẩm sợi carbon đã phát triển nhiều phân nhóm chức năng, mở rộng phạm vi ứng dụng của chúng:

• Sản phẩm sợi carbon chịu nhiệt cao: làm từ nhựa polyimide hoặc nền gốm, có nhiệt độ sử dụng lâu dài trong khoảng 150-1000 ℃ và tỷ lệ giữ nguyên tính chất cơ học trên 85% ở nhiệt độ cao, được dùng cho các bộ phận động cơ hàng không và kết cấu lò công nghiệp.
• Sản phẩm sợi carbon chống cháy: được bổ sung chất chống cháy không chứa halogen, hiệu suất chống cháy đạt mức UL94 V0, và mật độ khói thấp khi cháy. Chúng được sử dụng cho nội thất toa xe giao thông đường sắt và các bộ phận chống cháy trong công trình xây dựng.
• Sản phẩm Sợi Carbon Dẫn điện: Bằng cách thêm ống nano carbon hoặc sử dụng vật liệu composite nền kim loại, điện trở bề mặt ≤ 10⁴ Ω, dùng cho vỏ chắn điện từ và sàn chống tĩnh điện.
• Sản phẩm Sợi Carbon Chống ăn mòn: sử dụng nhựa nền chịu axit và kiềm, có thể chống lại sự ăn mòn từ nước biển và môi trường hóa chất, được dùng cho kết cấu giàn khoan ngoài khơi và đường ống dẫn hóa chất.

Lợi thế cốt lõi: Sáu Đặc tính Cốt lõi nhằm Tái định hình Giá trị của Ngành Sản xuất

Lý do khiến các sản phẩm sợi carbon có thể trở thành "vật mang vật liệu cốt lõi" cho ngành sản xuất cao cấp là nhờ những ưu điểm toàn diện của chúng về tính chất cơ học, độ nhẹ, khả năng thích nghi với môi trường và các khía cạnh khác, tất cả cùng tạo nên vị thế không thể thay thế trên thị trường.

1. Ưu điểm vượt trội về độ nhẹ và độ bền cao

Sự cân bằng giữa nhẹ và độ bền cao là lợi thế cạnh tranh cốt lõi của các sản phẩm sợi carbon. Mật độ của nó chỉ ở mức 1,7-2,0g/cm³, bằng 1/4 - 1/5 thép và 2/3 hợp kim nhôm. Cường độ kéo của nó có thể đạt 1500-3000MPa, gấp 5-10 lần thép, và cường độ riêng (cường độ/khối lượng riêng) vượt xa các vật liệu truyền thống. Trong ngành hàng không vũ trụ, sau khi áp dụng các sản phẩm sợi carbon, máy bay có thể giảm trọng lượng thân máy bay từ 30% - 50%, đồng thời cải thiện hiệu suất nhiên liệu từ 15% - 20%. Máy bay Boeing 787 có thể tiết kiệm khoảng 12 triệu USD chi phí nhiên liệu mỗi năm cho mỗi chiếc nhờ việc sử dụng rộng rãi các sản phẩm sợi carbon; Trong ngành công nghiệp ô tô, khung thân xe bằng sợi carbon giúp giảm trọng lượng tổng thể của xe khoảng 40%, rút ngắn thời gian tăng tốc 100km trong vòng 1-2 giây và giảm tiêu thụ nhiên liệu hơn 15%; Trong lĩnh vực điện gió, việc sử dụng sản phẩm sợi carbon trên cánh quạt tuabin gió 10MW giúp giảm trọng lượng 25% và tăng hiệu suất phát điện từ 5% - 8%.

2. Khả năng chống mỏi và độ bền tuyệt vời

Các sản phẩm sợi carbon có khả năng chống mỏi tuyệt vời, với tỷ lệ giữ cường độ mỏi từ 85% - 90% trong các chu kỳ tải trọng động, cao hơn nhiều so với mức 50% - 60% của thép. Trong lĩnh vực điện gió, cánh tuabin gió cần chịu được các chu kỳ tải gió trong hơn 20 năm. Sau khi sử dụng sản phẩm sợi carbon, nguy cơ hỏng hóc do mỏi giảm đi 70%; trong lĩnh vực hàng không, các bộ phận thân máy bay phải chịu tải rung động từ hàng chục ngàn lần cất cánh và hạ cánh, và khả năng chống mỏi của sản phẩm sợi carbon có thể kéo dài tuổi thọ các bộ phận này trên 25 năm. Ngoài ra, các sản phẩm sợi carbon còn có khả năng chịu thời tiết tuyệt vời, với tuổi thọ sử dụng lên đến 15-20 năm trong môi trường ngoài trời như tiếp xúc với ánh nắng, độ ẩm, muối biển, v.v., dài hơn hơn 50% so với các vật liệu kim loại truyền thống. Sau khi áp dụng đường ống sợi carbon trên các giàn khoan ngoài khơi, có thể tránh được việc thay thế thường xuyên do ăn mòn bởi nước biển, đồng thời giảm chi phí bảo trì tới 60%.

3. Thiết kế linh hoạt cao và khả năng tùy chỉnh

Các sản phẩm bằng sợi carbon có thể đạt được thiết kế tùy chỉnh trên mọi phương diện, thích ứng hoàn hảo với nhu cầu cá nhân hóa trong các tình huống khác nhau. Về hình dạng, mọi cấu trúc phức tạp đều có thể được chế tạo theo khuôn mẫu, từ các tấm và ống đơn giản đến các cấu trúc bất quy tắc như khoang động cơ máy bay, tất cả đều có thể được định hình chính xác với sai số độ chính xác kích thước ≤±0,2mm. Về mặt hiệu năng, độ bền, độ dẻo dai, khả năng chịu nhiệt và các tính chất khác có thể được tối ưu hóa bằng cách điều chỉnh các thông số như cấp độ bó sợi carbon (1K-60K), hướng lớp (0°, 90°, ±45°), loại vật liệu nền, v.v. Ví dụ, cán gậy golf đạt được sự cân bằng giữa "độ bền đầu cao + độ dẻo dai cuối cao" nhờ thiết kế lớp gradient; Về ngoại hình, các hoa văn và màu sắc khác nhau có thể được tạo ra thông qua các kỹ thuật dệt và xử lý bề mặt, chẳng hạn như sử dụng các tấm ốp trang trí sợi carbon dệt jacquard trong nội thất ô tô để nâng cao vẻ sang trọng của sản phẩm.

4. Khả năng thích ứng quy trình và hiệu quả tạo hình xuất sắc

Các sản phẩm sợi carbon tương thích với nhiều quy trình đúc, đáp ứng các nhu cầu khác nhau từ tùy chỉnh từng chiếc đến sản xuất hàng loạt. Đối với các sản phẩm tiêu chuẩn như tấm và ống, có thể sử dụng quy trình đùn và quấn để sản xuất quy mô lớn. Tốc độ đùn có thể đạt 5-10m/phút, và sản lượng hàng ngày của một dây chuyền sản xuất đơn lẻ có thể vượt quá 1000 mét; đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp (như các bộ phận cấu trúc máy bay và cửa ô tô), có thể sử dụng các thiết bị ép nhiệt và quy trình đúc, với chu kỳ đúc chỉ từ 20-60 phút, phù hợp với nhịp độ sản xuất nhanh trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô; đối với các chi tiết sản xuất số lượng nhỏ theo yêu cầu (như thiết bị thể thao cao cấp), có thể sử dụng công nghệ tạo hình túi chân không, có chi phí thấp hơn và chất lượng tạo hình ổn định. Ngoài ra, tỷ lệ phế liệu trong quá trình gia công sản phẩm sợi carbon chỉ ở mức 5% - 8%, thấp hơn nhiều so với mức 15% - 20% trong gia công kim loại truyền thống, giảm đáng kể lượng lãng phí vật liệu.

5. Khả năng mở rộng chức năng đa dạng

Ngoài các tính chất cơ học cơ bản, sản phẩm sợi carbon còn có thể đạt được nhiều tính năng chức năng phong phú và mở rộng phạm vi ứng dụng thông qua cải tiến vật liệu composite. Về mặt chắn sóng điện từ, các sản phẩm sợi carbon dẫn điện có thể chắn hơn 99% bức xạ điện từ, được sử dụng cho thiết bị quân sự và vỏ trạm phát 5G; Về dẫn nhiệt và tản nhiệt, các sản phẩm composite kim loại-sợi carbon có hệ số dẫn nhiệt lên tới 150W/(m·K), được dùng làm tấm tản nhiệt CPU cho thiết bị điện tử; Về giảm chấn, tốc độ giảm chấn của sản phẩm sợi carbon cao hơn thép hơn 10 lần, có thể giảm tiếng ồn vận hành và mài mòn của khung gầm ô tô cũng như máy công cụ công nghiệp; Về khả năng xuyên thấu tia X, sản phẩm sợi carbon có thể được dùng làm tấm bảo vệ bức xạ cho thiết bị y tế, cân bằng giữa khả năng bảo vệ và trọng lượng nhẹ.

6. Lợi thế về chi phí vòng đời dài hạn

Mặc dù chi phí mua sắm ban đầu của các sản phẩm sợi carbon tương đối cao (khoảng 10-20 lần so với thép), nhưng lợi thế về chi phí trong suốt vòng đời là rất đáng kể. Trong lĩnh vực giao thông đường sắt, việc sử dụng các bộ phận toa xe bằng sợi carbon có thể giảm trọng lượng mỗi toa xe hơn 250kg, tiết kiệm khoảng 42.000 kWh điện mỗi năm cho mỗi đoàn tàu và giảm tổng chi phí 30% trong chu kỳ vòng đời 10 năm; Trong lĩnh vực thiết bị công nghiệp, khả năng chống ăn mòn của sản phẩm sợi carbon có thể kéo dài chu kỳ bảo trì từ 1 năm lên đến 5 năm, giảm thời gian ngừng hoạt động để bảo trì thiết bị 40% và tăng hiệu suất sản xuất 15%; Trong ngành hàng không vũ trụ, việc giảm trọng lượng nhờ sản phẩm sợi carbon giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu và chi phí vận chuyển. Máy bay Boeing 787 có thể hoàn vốn chi phí vật liệu cao hơn trong vòng 5 năm nhờ tiết kiệm nhiên liệu do giảm trọng lượng. Ngoài ra, các sản phẩm sợi carbon nhiệt dẻo có thể được tái chế và sử dụng lại, với tỷ lệ giữ được tính năng trên 70% đối với vật liệu tái chế, từ đó tiếp tục giảm chi phí nguyên vật liệu.

Điểm bán hàng về quy trình: kiểm soát chính xác và gia tăng giá trị từ nguyên vật liệu đến sản phẩm hoàn thiện

Chất lượng vượt trội của các sản phẩm sợi carbon nằm ở quy trình sản xuất chính xác và kiểm soát chất lượng toàn bộ quá trình. Hệ thống quy trình của nó không chỉ đảm bảo tính nhất quán của sản phẩm mà còn đạt được sự cân bằng tối ưu giữa hiệu suất và chi phí, trở thành nền tảng cốt lõi cho năng lực cạnh tranh theo từng danh mục.

1. Quy trình đúc lõi: một hệ thống công nghệ đa dạng thích ứng với mọi danh mục

Quy trình đúc sản phẩm sợi carbon được lựa chọn linh hoạt dựa trên hình dạng sản phẩm và yêu cầu về hiệu suất, với bốn quy trình chủ đạo bao phủ hơn 90% các danh mục sản phẩm:

• Quy trình đúc kéo (Pultrusion molding process): chủ yếu được dùng để sản xuất các thanh định hình dạng tuyến tính như tấm và ống. Vải/tấm sợi carbon được kéo liên tục vào bồn nhựa thông qua thiết bị kéo để ngấm keo, sau đó được làm đông cứng thành hình dạng bằng cách đun nóng khuôn. Quy trình này có hiệu suất sản xuất cực kỳ cao, tốc độ dây chuyền đạt 5-15m/phút và tính năng sản phẩm đồng đều. Độ chính xác kiểm soát hàm lượng nhựa đạt ± 1%, phù hợp cho sản xuất quy mô lớn. Ví dụ, trong dây chuyền sản xuất ống sợi carbon, sản lượng hàng ngày của một dây chuyền đơn lẻ có thể đạt tới 2000 mét, và sai số độ thẳng của sản phẩm ≤ 0,5mm/m.
• Quy trình tạo hình quấn được sử dụng để sản xuất các sản phẩm hình trụ hoặc dạng xoay (như bình chịu áp lực, đường ống, vỏ tên lửa), vật liệu carbon fiber prepreg được quấn quanh khuôn lõi theo một góc xác định bằng máy quấn, sau đó được đun nóng và đóng rắn. Góc quấn có thể được điều khiển chính xác (0°-90°), cho phép sản phẩm tạo ra phân bố độ bền tối ưu theo cả hướng trục và hướng chu vi. Ví dụ, sau khi sử dụng công nghệ quấn xoắn ốc, áp suất nổ của các bình khí áp lực cao có thể đạt trên 80MPa, cao hơn nhiều so với các bình khí kim loại truyền thống.
• Quy trình ép khuôn: phù hợp với các bộ phận có hình dạng phức tạp (như các bộ phận nội thất ô tô và thiết bị thể thao), vật liệu carbon fiber prepreg được đặt vào khuôn theo yêu cầu về lớp, sau đó được đóng rắn bằng cách đun nóng (120-180 ℃) và ép (0,5-1,5MPa). Quy trình này có độ chính xác kích thước cao, sai số ≤± 0,2mm, và có thể đạt sản xuất hàng loạt. Chu kỳ sản xuất đơn lẻ mất từ 20-60 phút, và cánh đuôi bằng sợi carbon của Tesla được sản xuất bằng quy trình này.
• Quy trình ép nóng: Được sử dụng cho các bộ phận cấu trúc hàng không cao cấp (như cánh máy bay và vỏ thân fuselage), vật liệu tiền ngâm tẩm sợi carbon được xếp lớp và đặt vào bồn ép nóng để đóng rắn trong môi trường nhiệt độ cao và áp suất cao (nhiệt độ 150-200 ℃, áp suất 0,8-1,2MPa). Quy trình này đảm bảo nhựa thấm đều hoàn toàn vào các sợi, tỷ lệ khuyết tật bên trong sản phẩm dưới 0,3%, và tính chất cơ học ổn định. Các mẫu máy bay chính của Boeing và Airbus sử dụng quy trình này để sản xuất các bộ phận cấu trúc cốt lõi.

2. Các điểm kiểm soát quy trình chính: năm khâu cốt lõi quyết định hiệu suất sản phẩm

Sự ổn định về chất lượng của sản phẩm sợi carbon đến từ việc kiểm soát tinh tế toàn bộ quá trình sản xuất, với năm khâu then chốt trực tiếp quyết định hiệu suất cuối cùng của sản phẩm:

• Lựa chọn nguyên liệu sợi carbon: Chọn các thông số kỹ thuật phù hợp của bó sợi carbon và cấp mô-đun dựa trên yêu cầu về hiệu suất sản phẩm. Đối với sản phẩm hàng không vũ trụ, chọn loại bó nhỏ có mô-đun cao từ 40T trở lên (1K-6K), đối với sản phẩm công nghiệp, chọn loại bó lớn từ 24T trở xuống (48K hoặc hơn); đồng thời thực hiện kiểm tra nghiêm ngặt các chỉ tiêu như độ bền, mô-đun, hàm lượng carbon của sợi carbon, và nghiêm cấm đưa nguyên liệu không đạt tiêu chuẩn vào sản xuất.
• Kiểm soát chuẩn bị vật liệu tẩm trước: Hàm lượng nhựa và độ đồng đều của vật liệu tẩm trước ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất sản phẩm. Khi được chế tạo bằng phương pháp tẩm nóng chảy hoặc tẩm dung môi, hàm lượng nhựa được kiểm soát ở mức 30% - 50% với sai số ±1%; sử dụng thiết bị tẩm điều khiển bằng máy tính để đảm bảo lớp phủ nhựa phân bố đều trên từng sợi carbon, tránh các điểm yếu về hiệu suất do thiếu keo cục bộ.
• Thiết kế và thực hiện việc xếp lớp Dựa trên phân tích ứng suất của sản phẩm, thiết kế lớp được thực hiện để xác định hướng sợi, số lượng lớp và thứ tự sắp xếp. Ví dụ, cấu trúc chịu lực sử dụng các lớp bố trí xen kẽ 0°/90°, trong khi cấu trúc chống va chạm sử dụng các lớp bố trí ±45°; Quá trình bố trí sử dụng máy cuốn dây tự động với độ chính xác ±0,1mm nhằm tránh lệch sợi do bố trí thủ công.
• Kiểm soát chính xác các thông số đóng rắn: Thiết lập nhiệt độ, áp suất và thời gian đóng rắn phù hợp với loại nhựa. Nhựa nhiệt rắn cần kiểm soát tốc độ gia nhiệt (2-5 ℃/phút) để tránh gia nhiệt nhanh gây tạo bọt; Theo dõi liên tục mức độ đóng rắn bằng phương pháp nhiệt lượng kế quét vi sai (DSC) để đảm bảo nhựa được đóng rắn hoàn toàn mà không xảy ra hiện tượng quá đóng rắn.
• Gia công sau và kiểm tra chất lượng: Sản phẩm sau khi đóng rắn cần trải qua các công đoạn xử lý hậu kỳ như cắt mép và đánh bóng để đảm bảo độ chính xác về kích thước và độ nhẵn bề mặt; Mỗi lô sản phẩm cần được kiểm tra các tính chất cơ học như độ bền kéo, độ bền uốn và độ dai va chạm. Các kỹ thuật kiểm tra không phá hủy như kiểm tra bằng sóng siêu âm và kiểm tra bằng tia X được sử dụng để phát hiện các khuyết tật bên trong, với tỷ lệ phát hiện khuyết tật đạt 99,9%.

3. Xu hướng đổi mới quy trình: Ba định hướng chính thúc đẩy nâng cấp ngành hàng

Ngành công nghiệp tiếp tục cải thiện hiệu năng và tính cạnh tranh về chi phí của sản phẩm sợi carbon thông qua đổi mới quy trình sản xuất, với ba định hướng đổi mới lớn dẫn dắt sự phát triển của ngành hàng:

• Tự động hóa và sản xuất thông minh: Giới thiệu robot công nghiệp, kiểm tra thị giác AI và công nghệ song sinh kỹ thuật số để đạt được tự động hóa toàn bộ quy trình từ sàng lọc nguyên liệu, xếp lớp, đóng rắn đến kiểm tra. Ví dụ, tốc độ xếp dây của máy xếp dây tự động nhanh gấp 10 lần so với thao tác thủ công, và hệ thống phát hiện AI có thể nhận diện lỗi như lệch sợi hoặc thiếu keo trong thời gian thực, giảm sai số nhất quán sản phẩm xuống ± 0,1mm.
• Nghiên cứu và phát triển quy trình chi phí thấp: Phát triển công nghệ tạo hình sợi carbon bó lớn, quy trình tẩm trước không dung môi và hệ thống nhựa đóng rắn nhanh để giảm chi phí sản xuất. Giá thành sợi carbon bó lớn chỉ bằng một phần ba đến một phần năm so với loại bó nhỏ, và chi phí sản xuất cánh tuabin gió sử dụng sợi bó lớn được giảm 40%; nhựa đóng rắn nhanh rút ngắn chu kỳ đúc xuống dưới 10 phút, nâng cao hiệu quả sản xuất.
• Ứng dụng quy trình tái chế xanh: Thúc đẩy công nghệ tái chế và tái sử dụng sản phẩm sợi carbon nhiệt dẻo, đạt được việc tái chế nguyên liệu thông qua quá trình nóng chảy và định hình lại, đồng thời đạt tỷ lệ tái chế trên 80%; Phát triển quy trình tổ hợp giữa nhựa gốc sinh học và sợi carbon, giảm sự phụ thuộc vào nguyên liệu gốc dầu mỏ, và giảm phát thải VOC hơn 90%, phù hợp với xu hướng sản xuất xanh.