Sợi các-bon thần kỳ

Ứng dụng sợi các-bon có tầm quan trọng lớn đối với thành công của BMW ở dòng xe điện i-car.

>> Bí quyết khởi động máy dầu trong mùa đông

Sợi các-bon chỉ dày bằng một nửa so với nhôm và nhẹ hơn đến 30%

Công nghệ sợi các-bon mới nhất đóng vai trò cốt lõi đối với 2 mẫu xe đầu tiên trong dòng i-series của BMW, dự kiến sẽ được chào bán vào cuối năm 2013. Tăng cường sử dụng loại vật liệu nhẹ này trên những mẫu xe hybrid và điện mở rộng tầm hoạt động là việc rất cần thiết đối với BMW nhằm đạt những mục tiêu về lượng phát thải CO2. Song nếu không giải quyết vấn đề chi phí sản xuất cao, BMW sẽ không thể thu được lợi nhuận.

Sợi các-bon mang lại rất nhiều lợi ích nếu có thể khắc phục những vấn đề về sản xuất trên quy mô lớn. Vấn đề chủ yếu là cần tìm một kết cấu bền chắc để đảm bảo độ bền, và một khi có thể đạt được điều này, đây sẽ là loại vật liệu cực bền. Nó chỉ dày bằng một nửa so với nhôm và nhẹ hơn đến 30%, nó có khả năng hấp thụ lực cao khi xảy ra va chạm và đặc tính chống ăn mòn, chống các loại axit và dung môi. Thậm chí, có thể tách rời nó khỏi những bộ phận đã hư hỏng và lắp ráp một chiếc xe “mới” từ bộ khung bằng sợi các-bon của i3 ở cuối vòng đời của xe.

Đập Wanapum trên sông Colorado

Tuy nhiên, sợi các-bon vẫn là một sản phẩm chuyên biệt dành cho những ứng dụng chuyên biệt. Năm ngoái, chỉ có 40.000 tấn sợi các-bon được sản xuất, so với 4 tỷ tấn thép, 1,5 tỷ tấn nhôm và 4,9 tỷ tấn sợi thủy tinh.

Khi BMW và SGL, một công ty chuyên về sợi các-bon rất giàu kinh nghiệm ở các thị trường vũ khí phòng thủ và hàng không vũ trụ, công bố dự án liên doanh vào năm 2010, đây chính là bước cuối cùng trong kế hoạch cho phép BMW sản xuất những mẫu xe siêu nhẹ có lượng thải khí CO2 cực thấp.

BMW cho biết thương vụ hợp tác này sẽ mang đến “khả năng sản xuất những mẫu xe siêu nhẹ cho hãng”. Nhà máy ở Moses Lake, Washington State, là mắt xích thứ hai trong dây chuyền kết nối giữa sản xuất và nghiên cứu phát triển từ Nhật Bản sang Mỹ và tiếp theo là Đức, và nó có ưu thế là sử dụng nguồn năng lượng tự nhiên tương đối rẻ.

Nhà máy ở Moses Lake có khả năng sản xuất 3.000 tấn sợi các-bon một năm – bằng khoảng 7,5% sản lượng toàn cầu. SG cho biết nếu dự án thành công, hãng sẽ mở rộng quy mô sản xuất gấp 6 lần.

Nếu tất cả diễn ra theo đúng kế hoạch, khả năng trên sẽ trở thành hiện thực. SGL đã hợp tác với nhiều hãng sản xuất xe hơi khác, và năm ngoái Volkswagen đã mua 8% cổ phần trong công ty. Về lâu dài, nhiều khả năng các mẫu i3 và i8 của BMW sẽ trình làng như những mẫu xe tiên phong làm từ sợi các-bon. Và khi phạm vi sử dụng gia tăng cũng như giá thành sản xuất giảm, nhiều người trong số chúng ta sẽ lái những chiếc xe sử dụng chất liệu này.

Thay đổi nơi cung cấp điện

Khu vực sản xuất của BMW/SGL sử dụng nguồn điện phát từ Đập Wanapum trên sông Colorado. Điện năng chiếm phần chi phí lớn nhất trong quá trình sản xuất sợi các-bon, phần lớn được sử dụng trong quá trình ô-xy hóa và các-bon hóa. Điện lấy từ Wanapum có chi phí khoảng 200VND/kWh, trong khi ở Đức là 1.000VND/kWh. BMW cho biết giảm những tác động tiêu cực đến môi trường và giảm thiểu chi phí sản xuất chính là những động lực đằng sau việc chuyển đến Moses Lake.

Mạng lưới toàn cầu của BMW

Mạng lưới sản xuất toàn cầu không được xem là chi phí sản xuất đáng kể. Nguyên liệu sợi ban đầu được làm từ hỗn hợp các chất hóa học và dầu thô do công ty Mitsubishi Rayon ở Nhật sản xuất. Sau đó, các sợi nguyên liệu được gửi đến Moses Lake, tại đây, chúng được cán thành các tấm sợi, và chuyển tiếp đến nhà máy Wackersdorf của BMW để nối liền thành lớp. Tổng chi phí vận chuyển trên toàn cầu theo ước tính chiếm xấp xỉ 1% chi phí của quá trình các-bon hóa ở Moses Lake.

Nung đến độ hoàn hảo

Tại Moses Lake, sợi nguyên liệu có bề rộng 5cm và dài bất tận được đổ ra từ các thùng chứa và đưa vào một loạt lò nung có nhiệt độ từ 230 đến 290 độ C. Các sợi này thay đổi màu sắc sẫm dần do cấu trúc hóa học của chúng bị biến đổi. Tiếp đó, chúng trải qua quá trình các-bon hóa đến 95% trong một buồng đốt có nhiệt độ 750 độ C trước khi được làm khô với dòng điện 420 ampe nhằm gắn chúng lại với nhau. Cuối cùng, các sợi này sẽ được cuộn lại thành những lô lớn nặng 9kg trông tựa như những cuộn chỉ khổng lồ.

Một mũi đan, một sợi ngọc

Công ty liên doanh giữa BMW và SGL tuyên bố họ đang đi đầu trong việc thay đổi phương pháp tiếp cận đối với sản xuất sợi các-bon. Trong quy trình sản xuất của họ, các sợi thành phẩm cuối cùng được đan chặt thay vì dệt lại, sử dụng một loại sợi nặng hơn. Điều này có nghĩa khoảng 50.000 sợi sẽ được liên kết chặt chẽ với nhau thay vì 10.000-12.000 như trong một bó sợi các-bon thông thường. Quy trình này giúp tạo ra bề mặt trơn mịn hơn và theo ước tính chi phí sẽ giảm chỉ còn 1/3 so với phương pháp sản xuất sợi các-bon truyền thống.

Theo Autocarvietnam