Sợi carbon là vật liệu cấu trúc cao cấp, ứng dụng rộng trong ngành ô tô cao cấp, máy bay, tuabin gió, tàu cao tốc, thiết bị thể thao… Tuy nhiên, chi phí sản xuất cao và lượng sợi carbon thải ra khi tái cấu trúc rất lớn là thách thức. Composite sợi carbon tái chế (recycled carbon fiber composite) ra đời để giải quyết nghịch lý này: vừa giữ được tính năng cơ học, vừa giảm chi phí và giảm lãng phí tài nguyên

Hình 1: Sơ đồ quy trình tái chế sợi carbon

Dạng infographic mũi tên → hiển thị chu trình: Phế liệu composite
→ Tái chế (nhiệt phân/solvolysis) → Thu hồi sợi → Xử lý bề mặt → Tạo composite mới.

Nguồn và phương pháp tái chế sợi carbon

Nguồn phế liệu: cánh quạt gió hỏng, cánh máy bay bị loại, vỏ ô tô composite bị khấu hao, phế phẩm sản xuất.

Phương pháp tái chế phổ biến:

Pyrolysis (nhiệt phân): đốt trong môi trường không oxy để loại nhựa ma trận, giữ lại sợi carbon.

Solvolysis (phương pháp hoá học phân giải ma trận): sử dụng dung môi hóa học để hoà tan nhựa ma trận, giải phóng sợi.

Mechanical milling (nghiền – tái cấu trúc): nghiền nhỏ composite rồi định hướng lại sợi.

Sợi carbon tái chế (rCF) sau đó được khôi phục, xử lý bề mặt (như plasma, silane) để tăng bám dính với nhựa nền mới.

Đặc tính kỹ thuật

Cường độ kéo / mô đun đàn hồi: đạt 70–90% so với sợi carbon mới, tùy loại và phương pháp tái chế.

Khối lượng riêng: ~1.6–1.8 g/cm³

Khả năng chịu mỏi & va đập: giảm so với sợi mới, nhưng vẫn rất cao so với vật liệu thông thường như thép hoặc nhôm.

Tương thích ma trận: có thể kết hợp với nhựa epoxy, vinyl ester, polyester, nhựa tái tạo.

Tiết kiệm năng lượng & môi trường: giảm phát thải CO₂ khoảng 30–50% so với sản xuất sợi carbon mới.

Hình 2: Ảnh minh họa vật liệu composite tái chế

Mẫu tấm/bảng rCF đen nhám, có thể kèm phóng to cấu trúc sợi carbon tái chế.

Ứng dụng thực tiễn

Cấu kiện máy bay, UAV nhỏ: cấu trúc nhẹ hợp lý.

Cánh tuabin gió: tái sử dụng sợi từ cánh gãy.

Xe điện & linh kiện ô tô: khung, vỏ, chi tiết chịu lực.

Vật liệu xây dựng cao cấp: lan can, tấm mái, panel cho kiến trúc sang trọng – nơi cần nhẹ, bền.

Thiết bị thể thao, đồ dùng cao cấp: ván lướt, khung xe đạp, ván trượt.

Ưu điểm và thách thức

Ưu điểm                                                          Thách thức

Giảm chi phí so với sợi carbon mới               Tính chất kém đồng nhất, độ biến thiên cao

Giảm chất thải công nghiệp                            Kỹ thuật tái chế công nghiệp còn hạn chế

Giảm phát thải khí nhà kính                           Bám dính giữa rCF và nhựa mới đôi khi kém

Khả năng tái sử dụng sợi                                Chi phí xử lý bề mặt & đảm bảo chất lượng cao

Triển vọng tại Việt Nam

Đối với Việt Nam, nơi đang phát triển mạnh ngành năng lượng gió, công nghiệp ô tô, composite, việc phát triển composite sợi carbon tái chế có thể là bước đột phá. Cần đầu tư vào:

Nghiên cứu tối ưu hóa quá trình tái chế phù hợp điều kiện local (nhiệt độ, năng lượng điện).

Chuẩn hoá tiêu chuẩn chất lượng cho rCF và composite tái chế.

Hợp tác giữa viện – doanh nghiệp trong thử nghiệm và ứng dụng thực tế.

Hình 3: Biểu đồ so sánh

Biểu đồ cột (bar chart) giữa Virgin CF – rCF – Thép về:
cường độ kéo (MPa), chi phí (USD/kg), phát thải CO₂ (kg CO₂/kg).

Kết luận

Composite sợi carbon tái chế là vật liệu “xanh – hiệu năng cao” đầy tiềm năng. Dù còn nhiều thách thức về đồng nhất chất lượng và chi phí, nhưng hướng phát triển này rất hợp với xu thế phát triển bền vững và kinh tế tuần hoàn. Nếu Việt Nam đi nhanh vào nghiên cứu và thương mại hóa, chúng ta có thể chủ động trong chuỗi giá trị composite toàn cầu.