Vật liệu Composite là gì

Composite thường được gọi là vật liệu của tương lai do được tích hợp những tri thức khoa học công nghệ hiện đại. Tuy nhiên, composite đã có từ rất lâu, kể từ buổi đầu của nền văn minh nhân loại khi các cấu trúc được xây dựng để làm nơi ở và sinh hoạt. Vậy composite là gì? Bài viết này sẽ giải đáp toàn diện những thắc mắc của bạn về vật liệu composite.

Vật liệu Composite là gì?

Vật liệu composite hay còn gọi là vật liệu tổng hợp hay vật liệu phức hợp là một loại vật liệu được tạo thành bằng cách kết hợp hai hay nhiều loại vật liệu có tính chất vật lý và hóa học khác nhau. Những vật liệu này sở hữu các tính chất và đặc điểm được cải thiện so với các vật liệu ban đầu.

Vật liệu composite đã được con người sử dụng từ rất lâu. Ví dụ, người ta trộn đá nhỏ vào đất để làm gạch và trộn cát, rơm nhỏ để làm tường. Có thể bạn chưa nhận ra, nhưng bê tông thực sự là một loại vật liệu composite và cực kỳ phổ biến.

Mặc dù đã xuất hiện từ rất lâu nhưng khoa học về vật liệu composite chỉ mới xuất hiện cùng với sự phát triển của công nghệ tên lửa vào những năm 1950. Kể từ đó, khoa học và công nghệ của loại vật liệu này đã phát triển trên toàn thế giới, được gọi là “vật liệu composite”.

Đặc điểm và cấu tạo của vật liệu Composite

Cấu tạo của vật liệu composite

Vật liệu composite thường bao gồm hai thành phần chính: vật liệu gia cố và ma trận.

• Vật liệu gia cường, còn được gọi là sợi, cung cấp các tính chất cơ học cần thiết như độ bền và độ cứng cho composite. Có hai loại vật liệu gia cố cơ bản, bao gồm dạng sợi (ngắn hoặc dài) như sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi gốm và dạng hạt như bột kim loại, silica, bột gỗ, v.v.
• Chất nền, còn được gọi là chất kết dính, có chức năng liên kết chắc chắn các sợi gia cường bên trong composite để đạt được độ đồng nhất và khối lượng. Ma trận có thể bao gồm các polyme (polyester, PE, PP, PVC, epoxy, cao su), kim loại, gốm sứ và các vật liệu khác.

Đặc tính của vật liệu composite

Đặc điểm của vật liệu cốt lõi

• Nó đóng vai trò là điểm ứng suất tập trung.
• Chịu được các yếu tố môi trường và nhiệt độ.
• Phân tán tốt vào vật liệu nền.
• Thuận tiện cho quá trình sản xuất.
• Truyền nhiệt và làm mát tốt.
• Thân thiện với môi trường.

Đặc điểm của vật liệu nền

• Nó là chất kết dính và tạo môi trường phân tán.
• Truyền ứng suất cho cốt thép khi chịu tác dụng của ngoại lực.
• Bảo vệ vật liệu cốt lõi khỏi bị hư hại bởi các cuộc tấn công môi trường.
• Bền và đàn hồi (chống lại sự phát triển của các vết nứt).
• Ngoài ra, nó đóng góp các tính chất cần thiết khác như tính dẫn điện, độ bền và màu sắc.

Nhựa có phải là vật liệu composite hay không?

Khái niệm này dễ bị nhầm lẫn. Có nhiều loại nhựa composite nhưng không phải loại nhựa nào cũng là composite.

Trên thực tế, hầu hết các loại nhựa, chẳng hạn như nhựa dùng làm đồ chơi, chai nước và các vật dụng hàng ngày khác, không phải là vật liệu tổng hợp. Chúng là nhựa nguyên chất.

Các loại nhựa như polyme (ví dụ: polyester, vinyl este, epoxy hoặc phenolic) cũng thường chỉ là nhựa không tổng hợp.

Các dạng vật liệu composite phổ biến

Một số vật liệu composite phổ biến hiện nay bao gồm:

• Gốm composite: Gốm sứ được nhúng trong một ma trận gốm. Chúng tốt hơn gốm sứ truyền thống nhờ khả năng chống sốc nhiệt và nứt vỡ.
• Hỗn hợp kim loại: Một kim loại kết hợp với một polyme tổng hợp.
• Bê tông cốt thép: Bê tông được tăng cường bằng vật liệu cường độ chịu kéo cao như thanh thép.
• Bê tông cốt sợi thủy tinh: Bê tông được gia cố bằng cấu trúc sợi thủy tinh và hàm lượng zirconia cao.
• Bê tông mờ: Bê tông được bao bọc bởi các sợi quang.
• Gỗ kỹ thuật: Gỗ được sản xuất bằng các vật liệu rẻ tiền khác (chẳng hạn như ván dăm) và đôi khi bao gồm các vật liệu đặc biệt như ván lạng.
• Ván ép: Gỗ được chế tạo bằng cách dán nhiều lớp gỗ mỏng ở các góc khác nhau.
• Tre kỹ thuật: Các dải tre được dán lại với nhau để tạo thành một tấm. Đây là một vật liệu tổng hợp hữu ích vì nó có độ bền nén, độ căng và độ uốn cao hơn so với gỗ.
• Thép composite (Steel composite): Vật liệu này được sử dụng để xây dựng các tòa nhà khung thép và container, với cường độ cao hơn so với thép truyền thống.
• Hỗn hợp gỗ-nhựa (Wood-plastic composite): Là sự kết hợp giữa sợi gỗ hoặc bột và nhựa.
• Sợi thủy tinh (Fibreglass): Là sự kết hợp giữa sợi thủy tinh và nhựa dẻo, tương đối rẻ tiền.
• Polyme gia cố bằng sợi carbon (Polyme gia cố bằng sợi carbon): Sợi carbon được nhúng bên trong nhựa, mang lại tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao.
• Giấy tráng nhựa (Plastic coating paper): Giấy được tráng một lớp nhựa để tăng cường độ bền. Được sử dụng trong các bộ bài cao cấp.

Ưu nhược điểm vật liệu composite

Hãy cùng xem xét những ưu và nhược điểm của composite để hiểu tại sao nó là một trong những vật liệu của tương lai.

Ưu điểm của vật liệu composite

Vật liệu composite có một số ưu điểm, bao gồm:

• Trọng lượng nhẹ và độ bền cơ học cao
• Độ cứng và độ bền kéo tốt
• Khả năng chống thời tiết, lão hóa và tia cực tím tuyệt vời
• Dẫn điện và dẫn nhiệt tốt
• Khả năng chống lại hóa chất và ăn mòn cao, với chi phí bảo trì tối thiểu và không cần lớp phủ chống ăn mòn.
• Dễ tạo hình, tô màu, sửa đổi và sửa chữa
• Chi phí đầu tư thiết bị sản xuất và bảo trì thấp.
• Tuổi thọ sử dụng lâu dài (dài hơn kim loại hoặc gỗ, gấp 2-3 lần).

Nhược điểm của vật liệu composite

Bên cạnh những ưu điểm của vật liệu composite, cũng cần hiểu rõ những nhược điểm của nó để ứng dụng phù hợp:

• Khó tái chế và tái sử dụng khi bị hư hỏng hoặc lãng phí trong quá trình sản xuất. (Bê tông chẳng hạn, không thể tái chế sau khi loại bỏ)
• Chi phí nguyên vật liệu tương đối cao.
• Quá trình sản xuất tốn thời gian.
• Độ phức tạp trong việc phân tích các tính chất vật lý, hóa học và cơ học của vật liệu.
• Chất lượng vật liệu phụ thuộc nhiều vào trình độ tay nghề của người thợ.

Ứng dụng của vật liệu composite trong đời sống

Vật liệu composite được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau để tạo ra các sản phẩm phục vụ cho đời sống và sản xuất như:

• Vỏ động cơ tên lửa
• Vỏ máy bay và tàu vũ trụ
• Bình cao áp
• Ống composite dẫn nước sạch, nước thải, nước nguồn (hay còn gọi là ống sợi thủy tinh lót nhựa)
• Đá nhân tạo composite hay còn gọi là đá solid surface được ứng dụng rộng rãi cho mặt bàn bếp.
• Ống dẫn nước thải composite, ống dẫn hóa chất, ống tưới tiêu, ống nguồn nước qua các vùng nhiễm mặn, ô nhiễm.
• Bọc các loại bồn, thùng, mặt bàn, đồ trang trí nội thất, tấm composite.
• Hệ thống xử lý chất thải tòa nhà cao tầng.
• Vật liệu cách điện như polymer, silicon, epoxy, xích, giá đỡ, cầu và thiết bị điện, vật liệu cách điện chống sét.
• Lốp ô tô, xe máy, xe đạp.
• vỏ thuyền
• Thùng rác công cộng
• Sửa chữa và nâng cấp vật liệu cho các công trình dân dụng và công nghiệp, chẳng hạn như sợi carbon và sợi thủy tinh để gia cố kết cấu xây dựng như bến cảng
• Ván sàn composite, ván sàn composite được làm từ vật liệu composite có độ bền vượt trội được sử dụng rộng rãi trong trang trí nội thất
• Bọc răng sứ composite hiện nay vừa là giải pháp thẩm mỹ vừa là cách bảo vệ răng khỏi các bệnh lý răng miệng tái phát. Vật liệu veneer nha khoa composite có màu sắc tự nhiên của răng, khả năng chịu nén và mài mòn cao, an toàn với cơ thể, tăng tính thẩm mỹ và ngăn ngừa tổn thương răng.”

Tạm kết

Bây giờ bạn đã biết vật liệu composite là gì và tại sao chúng lại có mặt trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Mặc dù gần đây nó đã được phát triển lên một tầm cao mới, nhưng tổ tiên của chúng ta đã sử dụng nó một cách rộng rãi.

Nếu có bất kỳ thắc mắc nào về vật liệu composite, hãy để lại bình luận bên dưới để chúng tôi được biết.