Sợi Carbon Cắt Nhỏ so với Sợi Carbon Liên Tục: Những Điểm Khác Biệt Hiệu Năng Chính

Trong lĩnh vực vật liệu composite sợi carbon, "sợi carbon cắt nhỏ" và "sợi carbon liên tục" là hai thuật ngữ không thể thiếu. Cả hai đều là vật liệu gia cố sợi carbon, tuy nhiên chúng lại thể hiện những đặc điểm "tính cách" hoàn toàn khác biệt về hình thái cấu trúc, tính chất cơ học, phương pháp gia công và ứng dụng thuận lợi.
Vậy, những khác biệt chính về hiệu suất giữa hai loại là gì? Và làm thế nào để lựa chọn giữa chúng trong các ứng dụng thực tế? Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu rõ chúng một cách trực quan.

Các dạng sợi khác nhau

Sợi carbon
Quy trình này bao gồm việc cắt các sợi carbon liên tục thành các sợi ngắn với độ dài từ vài milimét đến hàng chục milimét, thường là 0,1–12 mm. Những sợi này xuất hiện dưới dạng các đoạn ngắn hoặc mảnh vụn, giống như hạt gạo hoặc các bó hình trụ.

Sợi Carbon Liên Tục
Duy trì độ dài đầy đủ của các sợi và sắp xếp chúng theo cách có trật tự—dù là một chiều, dạng vải hoặc đa trục—cho phép chịu lực và truyền tải chính xác. Chiều dài sợi có thể vượt quá vài kilômét, được cuốn vào các ống chỉ dưới dạng sợi hoặc bó sợi. Một bó duy nhất có thể chứa tới 1.000 (1k), 3.000 (3k), 12.000 (12k) hoặc thậm chí nhiều hơn các sợi đơn lẻ.

Sự khác biệt về tính chất cơ học

Xét từ góc độ hiệu quả gia cố:

Sợi carbon
(1) Chiều dài sợi giới hạn yêu cầu chuyển tải thường xuyên qua các bề mặt liên kết
(2) Cải thiện đáng kể độ bền, nhưng vẫn thấp xa so với các hệ thống gia cố liên tục
(3) Phù hợp hơn cho "cải thiện hiệu suất" thay vì "chịu tải kết cấu"

Sợi Carbon Liên Tục
(1) Sợi liên tục với các đường truyền ứng suất không bị gián đoạn
(2) Tận dụng đầy đủ các tính chất độ bền cao và mô đun của sợi carbon
(3) Hiệu suất kéo, uốn và chống mỏi vượt trội đáng kể so với sợi carbon cắt ngắn
Sợi carbon liên tục phù hợp cho các "kết cấu chịu tải", trong khi sợi carbon cắt ngắn hoạt động chủ yếu như một "chất tăng cường hiệu suất".

Biến thiên dị hướng: Có thể kiểm soát so với Cân bằng

Vật liệu composite sợi carbon cắt ngắn
(1) Phân bố sợi ngẫu nhiên
(2) Tính chất đẳng hướng tương đối cân bằng
(3) Phù hợp hơn với môi trường chịu ứng suất phức tạp hoặc tải trọng đa hướng

Vật liệu composite sợi carbon liên tục
(1) Thể hiện tính dị hướng rõ rệt
(2) Hiệu suất vượt trội theo hướng thiết kế, tương đối yếu hơn ở các hướng không chịu tải
(3) Yêu cầu gia cố "theo hướng" thông qua thiết kế xếp lớp
Đây cũng là lý do chính khiến sợi carbon cắt ngắn được sử dụng rộng rãi trong các chi tiết đúc phun.

Sự khác biệt về phương pháp gia công: Sự đánh đổi giữa hiệu suất và hiệu quả

Sợi carbon
(1) Phù hợp với các quy trình như đúc phun, đùn, ép khuôn và các phương pháp khác
(2) Hiệu quả tạo hình cao, lý tưởng cho sản xuất hàng loạt
(3) Dễ dàng tương thích với các hệ thống nhựa nhiệt dẻo

Sợi Carbon Liên Tục
(1) Chủ yếu được sử dụng trong các quá trình đắp lớp, quấn, kéo sợi, RTM và prepreg
(2) Quy trình sản xuất phức tạp đòi hỏi thiết bị tiên tiến và kiểm soát quy trình nghiêm ngặt
(3) Phù hợp hơn cho các bộ phận cấu trúc hiệu suất cao, được thiết kế theo yêu cầu
Nếu bạn ưu tiên năng lực sản xuất và kiểm soát chi phí, sợi cắt ngắn mang lại lợi thế lớn hơn.
Nếu bạn hướng đến hiệu suất tối ưu, sợi liên tục gần như là lựa chọn duy nhất.

So sánh các tình huống ứng dụng điển hình

Các ứng dụng phổ biến của sợi carbon cắt ngắn
Tăng cường nhựa kỹ thuật (PA, PP, PEEK, v.v.)
Các bộ phận chức năng ô tô, vỏ thiết bị điện tử
Nâng cấp nhẹ cho các bộ phận cấu trúc công nghiệp
Lớp phủ dẫn điện/Mực dẫn điện
Tăng cường bê tông và các lĩnh vực khác

Các ứng dụng điển hình của sợi carbon liên tục
Các bộ phận cấu trúc hàng không vũ trụ
Xà chính cánh tuabin gió
Thiết bị thể thao cao cấp
Các bộ phận công nghiệp chịu tải hiệu suất cao