Vật liệu Composite được ứng dụng nhiều vào sản xuất phục vụ nhu cầu con người. Có mặt trên thị trường một khoảng thời gian dài, Composite vẫn được coi là vật liệu cho tương lai, dần thay thế các loại vật liệu truyền thống.
Vậy, vật liệu Composite là gì? lịch sử? cấu tạo? ứng dụng thực tế trong đời sống như nào? Mời quý bạn đọc cùng tìm hiểu trong bài viết dưới đây.
1. Vật liệu Composite là gì? Lịch sử vật liệu Composite
Vật liệu Composite là gì?
Vật liệu Composite còn được gọi với các tên gọi khác như Composite, vật liệu Compozit, vật liệu tổng hợp. Được tổng hợp từ 2 hay nhiều vật liệu có tính chất vật lý và hóa học khác nhau, nhờ vậy vật liệu này mang những đặc tính vượt trội hơn hẳn những vật liệu gốc ban đầu.
Lịch sử vật liệu Composite
Từ thời xa xưa, khoảng 500 năm trước công nguyên các vật liệu tổng hợp đã ra đời. Điển hình phải nhắc tới vật liệu Compozit, đây là hợp chất đucợ sử dụng trong việc ướp xác của người Ai Cập.
Trước kia con người đã biết trộn đá sỏi vào đất để phơi khô làm gạch xây nhà, hay như trộn bùn với rơm để trát tường nhà, hay như bê tông cũng là vật liệu Composite rất phổ biến.
Xuất hiện từ xa xưa là vậy, nhưng tới năm 1950, khi công nghệ chế tạo tên lửa ( Mỹ ) xuất hiện ngành khoa học về vật liệu Composite mới bắt đầu.
2. Cấu tạo và đặc tính vật liệu Composite
Nghe đến vật liệu Composite nhiều, có thể bạn chưa biết cấu tạo của Composite là gì. cùng tìm hiểu dưới đây.
2.1 Cấu tạo
Vật liệu Composite thường gồm 2 thành phần chính là vật liệu cốt và vật liệu nền.
- Vật liệu cốt ( vật liệu gia cường ): thành phần này giúp Composite có các đặc điểm cơ lý tính cần thiết như sức mạnh và độ cứng. Về cơ bản có 2 kiểu vật liệu cốt là dạng cốt sợi ( sợi ngắn hoặc dài ) như sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi acramic… và dạng cốt hạt như hạt kim loại, hạt đất sét, bột đá, bột gỗ…
- Vật liệu nền: đây là dạng vật liệu pha có chức năng đảm bảo các thành phần cốt bên trong composite được liên kết với nhau nhằm tạo ra tính nguyên khối và thống nhất cho Composite. Vật liệu nền có thể là Polyme ( polyester, PE, PP, PVC, Epoxy…), kim loại nấu chảy, ceramic.
2.2 Đặc tính
Đặc tính vật liệu cốt:
- Có vai trò là điểm chịu ứng suất tập trung
- Tính kháng hóa chất môi trường và nhiệt độ
- Phân tán tốt vào vật liệu nền
- Thuận lợi cho quá trình gia công
- Truyền nhiệt và giải nhiệt tốt
- Thân thiện với môi trường
Đặc tính vật liệu nền:
- Là chất kết dính và tạo môi trường phân tán
- Truyền ứng suất sang pha gia cường khi chịu tác động ngoại lực
- Bảo vệ vật liệu cốt không bị hư hỏng bởi tác động của môi trường.
- Tăng tính bền và dẻo dai, giảm hiện tượng nứt gãy
- Tính cách điện và tạo màu sắc.
3. Nhựa là Composite, đúng hay sai
Nhiều người nhầm lẫn nhựa và Composite là một, đây là khái niệm nhầm lẫn. Nhiều loại nhựa tổng hợp là vật liệu Composite, thực tế các đồ dùng sinh hoạt, vât dụng quen thuộc được làm từ nhựa đều là nhựa nguyên sinh.
Nhựa Polyme ( nhựa polyester, vinyl ester, epoxy, hoặc phenolic) đều là nhựa thường.
4. Có những loại composite phổ biến nào hiện nay
Vật liệu Composite phổ biến hiện nay bao gồm:
- Gốm Composite: gốm được trải ra trong một ma trận gốm. Chúng tốt hơn gốm sứ bình thường vì chúng có khả năng chống sốc nhiệt, chống gãy.
- Composite kim loại: Một kim loại kết hợp với nhựa tổng hợp
- Bê tông cốt thép: Bê tông được gia cố bằng vật liệu có cường độ chịu kéo và chịu lực cao như thanh cốt thép.
- Bê tông cốt sợi thủy tinh: bê tông được đổ theo cấu trúc sợi thủy tinh với hàm lượng zirconia cao.
- Bê tông mờ: bê tông bao bọc các sợi quang
- Gỗ kỹ thuật: Gỗ sản xuất kết hợp với các vật liệu rẻ tiền khác, vật liệu đặc biệt như veneer cũng có thể tìm được trong composite.
- Ván ép: gỗ kỹ thuật bằng cách dán nhiều lớp gỗ mỏng với nhau ở các góc độ khác nhau.
- Tre kỹ thuật: Các dải sợi tre được dán lại với nhau để tạo thành một tấm ván. Đây là một composite hữu ích do thực tế nó có độ bền nén, kéo, và uốn cao hơn gỗ.
- Thép Composite: thường được ứng dụng làm nhà khung thép và nhà container bởi độ bền cao hơn nhiều so với thép truyền thống thông thường.
- Gỗ nựa composite: sợi gỗ hoặc bột đúc bằng nhựa, vật liệu được ứng dụng nhiều trong ngành xây dựng.
- Sợi thủy tinh: Sợi thủy tinh kết hợp với nhựa tương đối rẻ và linh hoạt.
- Polymer gia cố bằng sợi cacbon: sợi cacbon được đặt trong nhựa có tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao.
- Giấy tráng nhựa: giấy được tráng nhựa để nâng cao độ bền. Có thể bắt gặp vât liệu này trong các bộ bài chúng ta thường chơi.
>>> Các loại cửa nhựa lõi thép từ vật liệu Composite này hiện đang là những sản phẩm khá chất lượng, có thể nói thay thế được cho các loại cửa nhôm , cửa kính bằng cửa nhựa dùng vật liệu cửa composite này cũng rất hợp lý, tiết kiệm được chi phí, phù hợp cho các dự án như chung cư, dự án toà nhà an sinh.
5. Phân loại vật liệu Composite phổ biến hiện nay
Phân loại theo hình dạng
- Vật liệu Composite cốt sợi: có chiều dài lớn hơn nhiều lần so với 2 loại còn lại trong không gian. Chất độn giúp tăng khả năng chông chịu cho vật liệu nền.
- Chất liệu Composite cốt hạt: loại vật liệu tăng cường dạng hạt. Các tiểu phân hạt dạng độn phân tán vào trong các polymer. Chất liệu Composite cốt hạt phổ biến nhất chính là bê tông.
- Cốt hạt và cốt sợi: tiêu biểu cho loại Composite này chính là bê tông. Bê tông kết hợp với cốt thép tạo thành bê tông cốt thép. Trong đó xi măng là vật liệu nền được tạo thành từ đá, còn cốt bê tông là đá dăm và cát vàng là cốt hạt, cốt sợi chính là thanh thép.
Phân loại theo bản chất
- Composite bản chất có nền kim loại: là sự kết hợp của nhiều hợp kim khác nhau như: titan, hợp kim nhôm,… cùng với đó là các sợi kim loại( Bo), Sợi khoáng ( Si, C) …
- Composite bản chất nền khoáng: phổ biến nhất là gốm. Sợi kim loại ( Bo), hật kim loại ( chất gốm), hạt gốm ( Niton, cacbua, …). Nhiệt độ tối đa có thể chịu đựng của loại composite nền khoáng và cả nền kim loại là 600 ÷ 1000°
- Composite bản chất nền hữu cơ: thường gặp ở nền cao su, nền nhựa, nền giấy, nền nhựa đường,…) là sự kết hợp của nhiều sợi hữu cơ khác nhau với các sợi kim loại và sợi khoáng. Composite bản chất nền hữu cơ có thể chịu được nhiệt độ tối đa từ 200°C – 300°
6. Ưu – nhược điểm của vật liệu Composite
Ưu điểm:
- Khối lượng nhẹ, có độ cứng tốt, chịu va đập, uốn, kéo… tốt hơn các vật liệu truyền thống khác ( thủy tinh, gốm, gỗ…) rất nhiều.
- Chống chịu tác động từ môi trường tốt, độ bền cao: chịu môi trường, kháng háo chất cao, không tốn kém trong bảo quản và chống ăn mòn.
- Cách nhiệt và cách điện tốt.
- Chịu lạnh, chịu nhiệt và chống cháy …
- Thân thiện với môi trường sống
- Dễ tạo hình, tạo màu, thay đổi, sửa chữa
- Không thấm nước, không hút ẩm, không nấm mốc độc hại.
- Tuổi thọ sử dụng cao
- Gia công sản xuất đơn giản
- Chi phí đầu tư thấp
- Tính năng vượt trội.
Nhược điểm:
Thực tế các vật liệu có ưu điểm đều sẽ có một số những nhược điểm. Cần biết những nhược điểm của nó để biết cách khác phục nhằm ứng dụng phù hợp:
- Khó tái chế, tái sử dụng khi hư hỏng hoặc là phế phẩm trong quá trình sản xuất.
- Giá thành nguyên liệu thô tương đối cao
- Phương pháp gia công tương đối tốn thời gian.
- Phức tạp trong cơ, lý, hóa tính của mẫu vật
- Chất lượng vật liệu phụ thuộc nhiều vào trình độ của công nhân.
7. Ứng dụng thực tế trong đời sống
Vật liệu Composite được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực để tạo ra các sản phẩm phục vụ đời sống và sản xuất, ví dụ như:
- Vỏ động cơ tên lửa
- Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ, vỏ tàu thuyền
- Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite ( hay còn gọi là ống nhựa cốt sợi thủy tinh )
- Bình chịu áp lực cao
- Ống dẫn nước thải, dẫn hóa chất composite, ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngập mặn, nhiễm phèn
- Hệ thống ống thoát rác nhà cao tầng
- Vỏ bọc các loại bồn bể, thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, tấm panel composite
- Ứng dụng trong trang trí nội thất
- Hệ thống sứ cách điện, sứ polymer, sứ silicon, sứ epoxy các laoijj sứ chuỗi, sứ cầu giao, sứ trong các bộ thiết bị điện, chống sét, cầu chì
- Đá composite nhân tạo hay còn goi là solid surface là loại vật liệu nội thất được ứng dụng nhiều trong làm mặt bếp cho các hộ gia đình.
- Lốp ô tô, xe máy, xe đạp
- Làm thùng rác công cộng
- Vật liệu sửa chữa, nâng cấp công trình dân dụng và công nghiệp, cụ thể như sợi carbon, sợi thủy tinh để gia cố các kết cấu công trình
- Phù điêu, tượng từ nhựa trang trí .
- Mô hình đồ chơi trẻ em
- Ống dẫn xăng dầu composite cao cấp 3 lớp
8. Có thể bạn chưa biết
Vật liệu Composite được dùng trong việc bảo vệ và thẩm mỹ răng. Hiện nay một số giải pháp làm đẹp cũng như bảo vệ răng tránh khỏi việc tái phát các bệnh lý về răng miệng. Vật liệu trám răng Compposite có màu sắc như răng thật, độ nén chịu lực và ăn mòn cao, an toàn với cơ thể, cải thiện tính thẩm mỹ cũng như ngăn ngừa các hư tổn của răng.
Vật liệu Composite hiện được ứng dụng nhiều trong các cột lọc Composite của hệ thống máy lọc nước tổng. Theo đó các dây chuyền lọc nước sẽ có độ bền cao, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người dùng.
>>> Xem thêm các sản phẩm liên quan vật liệu Composite :
– So sánh cửa nhựa ABS và cửa nhựa Composite
– Cách chống thấm Composite
|
