Quá Khứ và Hiện Tại của Sợi Carbon

Sep 23, 2025

Giai đoạn Đầu Khám Phá Sợi Carbon: Nảy Mầm và Đình Trệ

Nguồn gốc của sợi carbon có thể được truy nguyên về những năm 1880, khi nó được sử dụng làm vật liệu dây tóc đốt. Thomas Edison và Joseph Swan đã đăng ký bằng sáng chế cho các dây tóc carbon làm từ tre và sợi bông tương ứng. Tuy nhiên, cùng với sự phổ biến của bóng đèn dây tóc vonfram, dây tóc carbon đã bị thay thế do hiệu suất và tuổi thọ kém hơn, dẫn đến sự gần như đình trệ trong phát triển công nghệ sợi carbon trong vài thập kỷ sau đó.

Trong Thế chiến II, Union Carbide bắt đầu nghiên cứu sợi carbon sử dụng rayon làm nguyên liệu tiền thân và sản xuất được vải sợi carbon dùng được cho các thử nghiệm vòi phun tên lửa và tấm chắn nhiệt vào năm 1958 thông qua quá trình graphit hóa ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, do thiếu quy trình kéo giãn tối ưu, tính chất cơ học của chúng yếu, làm hạn chế ứng dụng thương mại.

Những năm 1960: Cạnh tranh Đa Quốc gia và Các Bước Đột phá Công nghệ

Vào đầu những năm 1960, Nhật Bản, Hoa Kỳ và Vương quốc Anh gần như đồng thời bắt đầu nghiên cứu về sợi carbon có độ bền cao, mô-đun cao. Năm 1960, nhà khoa học người Mỹ R. Bacon đã sản xuất ra các sợi graphite bằng phương pháp hồ quang dưới áp lực; mặc dù chưa được thương mại hóa, nhưng công trình này đã thu hút sự chú ý của Không quân Hoa Kỳ. Cùng năm đó, Bộ Khoa học và Công nghệ Nhật Bản (MITI) khởi xướng chương trình nghiên cứu hợp tác với các công ty như Toray và Nippon Carbon nhằm phát triển sợi carbon dựa trên polyacrylonitrile (PAN). Akio Shindo công bố kết quả vào năm 1961, tạo ra các mẫu vật có hiệu suất gấp ba lần so với sợi carbon từ rayon, nhưng nghiên cứu này lại không nhận được nhiều sự chú ý từ giới học thuật phương Tây.

Viện Thiết kế Máy bay Hoàng gia Anh (RAE) bắt đầu nghiên cứu vào năm 1963 và đẩy nhanh quá trình phát triển sau khi biết được thành tựu của Nhật Bản Thành tựu, phát triển một quy trình sợi carbon dựa trên PAN với hiệu suất tăng gấp đôi trong vòng sáu tháng. Các đột phá chính bao gồm kéo dài tiền chất PAN trong quá trình oxy hóa để tăng cường định hướng phân tử, tối ưu hóa các quy trình xử lý nhiệt, và phát triển phương pháp oxy hóa điện phân nhằm cải thiện độ bám dính giữa sợi và nhựa. Công nghệ này đã được cấp phép cho ba công ty Anh: Courtaulds, Morgan Crucible và Rolls-Royce.

Rolls-Royce sử dụng sợi carbon cho các cánh quạt động cơ RB211, nhưng sự cố trong thử nghiệm va chạm chim đã góp phần vào việc phá sản của công ty, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến ngành công nghiệp sợi carbon tại Anh. Trong khi đó, Toray của Nhật Bản đã giới thiệu sợi carbon Torayca T300 vào năm 1971, trở thành vật liệu nền tảng cho thế hệ composite đầu tiên và thâm nhập thị trường toàn cầu thông qua các thỏa thuận trao đổi công nghệ.

1970–1989: Mở rộng ứng dụng và giảm chi phí

Bắt đầu từ những năm 1970, các ứng dụng sợi carbon dần mở rộng từ hàng không vũ trụ sang các mặt hàng thể thao và lĩnh vực công nghiệp. Khi quy trình sản xuất tiến bộ, chi phí sản xuất đã giảm từ 200 bảng Anh mỗi kg vào năm 1970 xuống còn 20–80 bảng Anh mỗi kg vào năm 1980. Các công ty Nhật Bản, tận dụng tối ưu hóa công nghệ và mở rộng năng lực, đã giành được vị thế thống trị. Các công ty như Toray và Toho Rayon đã thành công trong việc quảng bá sợi carbon trên thị trường tiêu dùng như gậy golf và cần câu cá.

Vào những năm 1980, sợi carbon được sử dụng trong các cấu trúc thứ cấp của máy bay như Boeing 757/767. Một yêu cầu năm 1987 của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ bắt buộc phải sản xuất nội địa 50% sợi carbon và nguyên liệu đầu vào, đã thúc đẩy làn sóng đầu tư trong nước nhưng sau đó dẫn đến tình trạng dư thừa công suất. Các công ty Nhật Bản mở rộng sâu hơn nữa chân rồng toàn cầu thông qua các liên doanh và xây dựng nhà máy, chiếm gần một nửa sản lượng sợi carbon toàn cầu vào cuối những năm 1980.

Những năm 1990: Thách thức và chuyển đổi sau Chiến tranh Lạnh

Sự kết thúc của Chiến tranh Lạnh dẫn đến việc giảm mạnh các đơn đặt hàng quốc phòng, khiến nhu cầu sợi carbon tại Hoa Kỳ giảm khoảng 60% trong giai đoạn 1990–1991, buộc nhiều nhà sản xuất phải ngừng sản xuất hoặc rút khỏi thị trường. Trái lại, các công ty Nhật Bản đã mở rộng năng lực sản xuất ngược với xu hướng chung và củng cố vị thế toàn cầu bằng cách mua lại các nhà máy ở châu Âu và Mỹ. Năm 1993, chính quyền Clinton khởi động Dự án Tái đầu tư Công nghệ (TRP), hỗ trợ ứng dụng vật liệu composite trong cơ sở hạ tầng dân sự và hàng không vũ trụ, góp phần giúp ngành công nghiệp Hoa Kỳ phục hồi dần dần.

Đồng thời, việc sử dụng sợi carbon ngày càng tăng trong các lĩnh vực công nghiệp như cánh tuabin gió và các bộ phận ô tô, trong khi những công nghệ mới như composite nhiệt dẻo và sợi carbon gốc pitch đã tiếp thêm động lực mới cho ngành công nghiệp này.

1990–1995: Giai đoạn điều chỉnh đầy biến động và tái cấu trúc lại bức tranh ngành

Doanh số bán sợi carbon toàn cầu hàng năm trong giai đoạn này vào khoảng 8.000 tấn, nhưng cơ cấu nhu cầu theo khu vực khác biệt đáng kể: thị trường Mỹ do ngành hàng không vũ trụ chi phối, trong khi châu Á dẫn dắt bởi các mặt hàng thể thao. Việc cắt giảm ngân sách quốc phòng của Mỹ đã gây ra tình trạng dư thừa năng lực trầm trọng; đến năm 1991, một nửa công suất toàn quốc bị đình trệ, và các công ty như Courtaulds và BASF đã rút khỏi thị trường.

Các công ty Nhật Bản tiếp tục mở rộng, với những doanh nghiệp như Toray và Mitsubishi Rayon thâm nhập vào thị trường châu Âu và Mỹ thông qua các thương vụ mua bán và sáp nhập. Đến năm 1995, Nhật Bản kiểm soát 62% công suất sợi carbon toàn cầu, thiết lập lợi thế rõ rệt.

Hồi phục và Triển vọng Mới

Sau năm 1995, với nhu cầu ngày càng tăng về các vật liệu nhẹ trong ngành hàng không dân dụng và sự tăng trưởng liên tục của thị trường điện gió cùng các mặt hàng thể thao, ngành công nghiệp sợi carbon toàn cầu dần phục hồi. Các công ty Hoa Kỳ, tận dụng dự án TRP để giảm chi phí kỹ thuật, đã quay trở lại đà tăng trưởng; châu Âu trở nên phụ thuộc hơn vào đầu tư nước ngoài sau khi rút lui khỏi sản xuất nội địa. Trong tương lai, với nhu cầu ngày càng cao về vật liệu nhẹ trong các lĩnh vực mới nổi như xe điện và năng lượng mới, sợi carbon được kỳ vọng sẽ mở rộng không gian ứng dụng.

Kết Luận

Hành trình của sợi carbon từ một vật liệu phòng thí nghiệm trở thành nguyên liệu thô quan trọng trong nhiều lĩnh vực đã trải qua các đột phá công nghệ, biến động thị trường và cạnh tranh quốc tế. Nhật Bản đã thiết lập vị thế dẫn đầu thông qua việc liên tục đầu tư công nghệ và mở rộng thị trường, Mỹ từng bước khôi phục khả năng cạnh tranh nhờ hỗ trợ chính sách, còn châu Âu phải đối mặt với những điều chỉnh cơ cấu. Trong tương lai, khi chi phí giảm và các kịch bản ứng dụng mới xuất hiện, sợi carbon dự kiến sẽ đóng vai trò quan trọng hơn trong các lĩnh vực như năng lượng xanh, giao thông vận tải và những ngành khác.

Tận Dụng Một Thế Kỷ Khoa Học Vật Liệu, Củng Cố Nền Tảng Ngày Nay

Từ những khám phá khoa học vào thế kỷ 19 đến các ứng dụng tiên tiến ngày nay trên toàn thế giới, sự phát triển của sợi carbon là một lịch sử theo đuổi không ngừng về độ bền và tính nhẹ. Chúng tôi trân trọng tinh thần này và truyền nó vào từng sợi sản xuất ra.

Tiến sĩ Gia cố thấu hiểu sâu sắc di sản và sự đổi mới của công nghệ sợi carbon. Chúng tôi không chỉ sở hữu cơ sở sản xuất hiện đại rộng 8.000 mét vuông mà còn có năng lực sản xuất mạnh mẽ lên đến 50.000 tấn vải sợi carbon mỗi ngày. Điều này đảm bảo các giải pháp gia cố ổn định và đáng tin cậy cho hàng triệu khách hàng trên toàn thế giới, từ các dự án cơ sở hạ tầng lớn đến cải thiện an toàn nhà ở.

Toàn bộ dòng sản phẩm của chúng tôi tuân thủ Hệ thống Quản lý Chất lượng Quốc tế ISO-9001 và Chứng nhận CE của EU , đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế. Thị trường là phép thử cuối cùng — việc gần một nửa khách hàng lựa chọn mua lại sản phẩm là minh chứng mạnh mẽ nhất cho cam kết "chất lượng tuyệt đối được đảm bảo" của chúng tôi.