Khả năng chống cháy của vật liệu trên máy bay Airbus A350

Điều kỳ diệu đã xảy ra khi máy bay Airbus A350 gặp nạn, toàn bộ 367 hành khách và 12 thành viên phi hành đoàn sơ tán thành công trước khi ngọn lửa bao trùm.

Khoảnh khắc lửa bao trùm máy bay A350 tại sân bay Haneda hôm 2/1. (Video: Reuters)

Máy bay Airbus A350 chở 379 người của hãng Japan Airlines va chạm với phi cơ cảnh sát biển trên đường băng sân bay Haneda, Tokyo, Nhật Bản, hôm 2/1. Vụ va chạm khiến cả hai máy bay bốc cháy, 5 người trên phi cơ cảnh sát biển thiệt mạng.

Hành khách trên Airbus A350 cho biết, tiếng nổ xuất hiện ngay khi máy bay hạ cánh. Toàn bộ khoang ngập khói chỉ trong vài phút. Cú va chạm nhiều khả năng đã làm đứt đường ống dẫn nhiên liệu của máy bay, khiến xăng rò rỉ và bắt lửa ở phần gần động cơ bên trái. Ngọn lửa sau đó dần lan sang các khu vực khác của máy bay. Tuy nhiên, điều kỳ diệu đã xảy ra khi toàn bộ 367 hành khách và 12 thành viên phi hành đoàn trên chiếc Airbus A350 sơ tán thành công trước khi ngọn lửa bao trùm máy bay này.

"Thân máy bay đã bảo vệ họ khỏi một đám cháy thực sự khủng khiếp - nó không cháy rụi trong một khoảng thời gian và cho phép mọi người thoát ra ngoài. Đó là một dấu hiệu tích cực", cố vấn an toàn John Cox cho biết.

Hơn 54% khung máy bay A350 cấu tạo từ vật liệu composite (vật liệu tổng hợp) sợi carbon, bao gồm thân, cánh, những bộ phận bên trong và bên ngoài quan trọng khác. Mục đích chính của vật liệu composite là giảm trọng lượng trong khi vẫn duy trì độ bền chắc cần thiết, đồng thời giúp tiết kiệm nhiên liệu. Cấu trúc máy bay và các bộ phận bên trong chủ yếu làm từ Polymer cốt sợi carbon (CFRP) - vật liệu gồm nhiều thành phần, trong đó có sợi carbon.

"Từ những báo cáo ban đầu, có vẻ có một lượng khói đáng kể trong cabin và vẫn chưa rõ liệu có phần nào trong số lượng khói này bắt nguồn từ vật liệu composite cháy hay không", Todd Curtis, cựu kỹ sư của Boeing, hiện là cố vấn an toàn, cho biết.

Airbus tuân thủ những quy định nghiêm ngặt về lửa, khói và độc tính với các vật liệu bên trong và bên ngoài. Theo tiêu chuẩn hàng không, vật liệu này được thiết kế để chống cháy, đồng thời cung cấp độ bền cần thiết.

"Các yêu cầu về lửa, khói và độc tính (FST) được áp dụng cho mọi yếu tố bên trong máy bay. Các vật liệu composite thông dụng với cả cấu trúc lẫn cabin, do đó, chúng cũng phải đáp ứng những yêu cầu như vậy về khói và độc tính. Về khả năng chống lửa, CRFP có thể tự động dập lửa và lớp vỏ thân máy bay bằng composite mỏng hơn có khả năng chống cháy xuyên qua tốt hơn vỏ kim loại tương đương", Airbus cho biết.

Máy bay Airbus A350 cháy rụi phần thân và động cơ, chỉ còn lại phần cánh nguyên vẹn. (Ảnh: Reuters).

Sự gia nhiệt, giảm phẩm chất, cháy và hình thái vật lý của các vật liệu composite được kiểm soát chính xác trong quá trình sản xuất vật liệu. Giảm phẩm chất do nhiệt là sự xuống cấp của các phân tử khi vật liệu quá nóng. Nhôm bắt đầu xuống cấp ở mức nhiệt 300 - 400 độ C và có thể nóng chảy ở mức trên 600 độ C. Mức nhiệt gây cháy sợi carbon là 400 - 1000 độ C, tùy thuộc vào độ bền chắc của sợi.

Một điều cần chú ý là nền sợi rất quan trọng với quá trình suy giảm phẩm chất. Vật liệu composite với nền cốt sợi, ví dụ như CFRP, có thể chịu được mức nhiệt trong khoảng 2000 độ C, cao hơn đáng kể so với sợi carbon đơn lẻ. Thêm vào đó, kể cả khi quá trình cháy đã bắt đầu, vật liệu composite carbon vẫn sẽ duy trì tính toàn vẹn cấu trúc.

Các vật liệu composite dùng trên máy bay giúp tăng khả năng sống sót cho hành khách, theo báo cáo của Ủy ban châu Âu. Tuy nhiên, đặc tính của nhựa resin thúc đẩy sự giảm phẩm chất do nhiệt và tốc độ cháy trong vật liệu composite.

Trong một vụ cháy composite, ví dụ như với máy bay A350, sự giảm phẩm chất do nhiệt sẽ làm bốc hơi lượng nhựa resin dùng để liên kết các sợi carbon trong chất nền. Khi lượng hơi này tìm cách thoát ra, áp suất sẽ tăng lên bên trong vật liệu composite, làm tăng thể tích vật liệu. Vật liệu có thể tăng hơn gấp đôi thể tích, trong khi độ xốp tăng 65% sau khi cháy. Tốc độ cháy của composite phụ thuộc vào áp suất hơi sinh ra bên trong vật liệu, và việc tăng độ dày sẽ khiến thời gian cháy dài hơn.