Vàng đen mang tên sợi carbon trong công nghiệp xe hơi (P2)

Ở phần 1, chúng ta đã tìm hiểu khái niệm cũng như cách tạo ra sợi carbon và những ưu điểm mà nó mang lại. Ở phần này, mời bạn đọc cùng tìm hiểu về tính chất đặc trưng của sợi carbon và cái cách mà ngành công nghiệp xe hơi đang khai thác vật liệu mang tên “vàng đen” này.

1. Các tính chất đặc trưng của sợi carbon

Sợi carbon mang rất nhiều tính chất đặc trưng mà hiếm có vật liệu nào có thể đạt được. Độ cứng cao và cấu trúc cực kỳ ổn định là những đặc tính tuyệt vời mà carbon mang lại. Các bộ phận trên xe làm từ sợi carbon có khả năng hấp thụ tốt một lượng lớn năng lượng khi xảy ra va chạm. Điều này đồng nghĩa với việc khi được sử dụng đúng chỗ, sợi carbon sẽ giúp xe tăng độ an toàn.

Một đặc tính tuyệt vời khác của sợi carbon là có trọng lượng riêng thấp (low specific weight). Những chi tiết được làm bằng nhôm (một trong những kim loại nhẹ) có thể nặng hơn từ 20 - 30% so với chi tiết tương ứng được làm bằng sợi carbon. Con số này rơi vào khoảng 50% đối với chi tiết được làm bằng thép. Trọng lượng thấp hơn cũng đồng nghĩa với việc xe sử dụng nhiên liệu ít hơn. Từ đó, lượng khí CO2 thải ra môi trường cũng giảm đi đáng kể. Ở những chiếc xe thể thao, hiệu năng của xe cũng được tăng thêm thông qua việc sử dụng vật liệu sợi carbon. Không khó để hiểu tại sao carbon mang lại cho xe tốc độ cao hơn.

Ngoài ra, sợi carbon còn mang lại nhiều ưu điểm khác như có thể sản xuất hầu hết các chi tiết ở mọi hình dạng mong muốn, hay khả năng chống ăn mòn (corrosion resistance), từ đó kéo dài tuổi thọ của vật liệu. Bên cạnh đó, sợi carbon còn có tính bền nhiệt (long-lasting temperature resistance) cùng với mức giãn nở nhiệt (thermal expansion) thấp và giới hạn bền (fatigue limit) cực kỳ ấn tượng. Bù lại cho thời gian và công sức để sản xuất, những đặc tính ưu việt mà sợi carbon mang lại là quá vượt trội. Song song với đó, nhờ giá thành ngày một giảm, số lượng chi tiết được áp dụng vật liệu này ngày càng tăng lên và có nhiều cải tiến.

Cho đến nay, gần như không có vật liệu nào có thể thay thế được sợi carbon trong công cuộc tối ưu trọng lượng cho xe.

2. Ngành công nghiệp xe hơi khai thác carbon như thế nào?

Sợi carbon rất được ưa chuộng cho những chi tiết cần tính ổn định và nhẹ. Đó là lý do tại sao sợi carbon được sử dụng nhiều trong kỹ thuật hàng không vũ trụ (aerospace engineering), chế tạo máy bay, tàu thuyền, xe đạp và tất nhiên là cả trong kỹ thuật xe hơi. Cụ thể, trọng lượng giảm dù chỉ vài gram thôi cũng đã mang lại nhiều giá trị trong bộ môn đua xe thể thao. Rõ ràng, tối ưu hóa trọng lượng là một trong những yếu tố cơ bản để phát triển nên một chiếc xe đua.

Ví dụ tại BMW, sợi carbon được khai thác một cách tối ưu trên những dòng xe hiệu năng cao của M Performance. Sợi carbon được sử dụng đầy rẫy trên các bộ phận của BMW 7 Series, trên BMW i3 và i8 trước đây. Thậm chí, trên những chiếc xe điện như i3 và i8, toàn bộ thân xe và khoang lái đều làm từ sợi carbon.

BMW iX cũng được thừa hưởng những giá trị tinh hoa mà sợi carbon mang lại. Polyme cốt carbon được BMW sản xuất tại chính nhà máy của mình ở Leipzig và Landshut, sau khi sản xuất thành công lần đầu tại nhà máy Moses Lake, Mỹ. Trong khi đó, sợi carbon bán thành phẩm và các lớp carbon được sản xuất tại Wackersdorf, Đức.

Có một điều không ai có thể chối cãi là vật liệu sợi carbon rất hấp dẫn về mặt thị giác nhờ vào cấu trúc đặc trưng của mình. Những tín đồ của vật liệu carbon có thể chi một khoản tiền không nhỏ cho BMW M Performance Parts để có những linh kiện cao cấp bằng carbon. Các linh kiện này bao gồm từ mui xe, nội thất, ngoại thất cho đến bộ khuếch tán gió gầm…