Vật liệu composite là gì? Có cấu tạo như thế nào, ưu nhược điểm của loại vật liệu này ra sao, hiện tại có những loại nào trên thị trường? Hãy tham khảo ngay bài viết dưới đây của Ánh Dương để biết thêm chi tiết nhé!
Vật liệu composite là gì?
Composite là một loại vật liệu tổng hợp từ hay vật liệu gốc trở lên để chế tạo thành một loại vật liệu mới. Vật liệu mới được tạo ra thừa hưởng những ưu điểm vượt trội của các vật liệu gốc. Do đó, vật liệu composite được ứng dụng trong sản xuất và chế tạo thiết bị của nhiều ngành nghề khác nhau.
Composite có khả năng thay đổi cấu trúc hình học, sự phân bố và các vật liệu thành phần, từ đó tạo ra một vật liệu mới có độ bền. Thực tế, trong bất kỳ ngành sản xuất nào cũng đều cần kỹ thuật hiện đại, đảm bảo được các thông số về độ nhẹ, lại chịu được nhiệt cao. Trong khi đó composite lại có thể đáp ứng được các yêu cầu này, nó giữ vai trò then chốt trong cuộc cách mạng về vật liệu mới.
Điểm đặc biệt của composite là khả năng chống ăn mòn, chống oxy hóa và chống hoen rỉ tuyệt vời. Không những vậy, loại vật liệu này còn có khả năng chịu nhiệt, tuổi thọ sử dụng lên đến 20 năm. Vì những ưu điểm này mà vật liệu composite ngày càng được ưa chuộng trong sản xuất.
Cấu tạo của chất liệu Composite
Vật liệu composite gồm 2 thành phần chính: Vật liệu cốt và vật liệu nền.
- Vật liệu cốt (vật liệu gia cường): Thành phần này giúp composite có các đặc điểm cơ tính lý cần thiết như sức mạnh và độ cứng. Về cơ bản, có 2 kiểu vật liệu cốt là dạng cốt sợi (ngắn hoặc dài) như thủy tinh, sợi acramic, sợi carbon,… và dạng hạt như hạt kim loại, bột đá bột gỗ, hạt đất sét…
- Vật liệu nền: Đây là loại vật liệu pha có chức năng bảo đảm các thành phần cốt bên trong được liên kết với nhau nhằm tạo ra tính thống nhất và nguyên khối cho composite. Vật liệu nền có thể là polymer (polyester, PVC, PE, PP, Epoxy, cao su…), kim loại nấu chảy hay ceramic (xi măng…).
Đặc tính của 2 thành phần Compozit
Chất liệu nền
- Với vai trò là điểm chịu ứng suất tập trung.
- Tính kháng hóa chất nhiệt độ và môi trường.
- Phân tán tốt vào vật liệu nền.
- Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình gia công.
- Truyền nhiệt và giải nhiệt khá tốt.
- Thân thiện với môi trường.
Chất liệu cốt
- Là chất kết dính, tạo môi trường phân tán tốt.
- Truyền ứng suất sang pha gia cường khi có ngoại lực tác dụng.
- Bảo vệ vật liệu cốt không bị hư hỏng bởi sự tấn công của môi trường.
- Bền dẻo dai, có tác dụng chống lại sự phát triển của vết nứt.
- Đóng góp vào những tính chất cần thiết như: cách điện, độ dẻo dai, màu sắc…
Vật liệu Composite có mấy loại?
Các tính chất của composite sẽ phụ thuộc vào tính chất của vật liệu nền và vật liệu cốt. Vậy nên, để phân loại vật liệu composite, người ta thường dựa vào đặc tính của vật liệu cốt hoặc vật liệu nền của chúng.
Phân loại theo chất liệu nền
Khi phân chia vật liệu composite theo chất liệu nền, chúng ta sẽ có 4 loại như sau:
- Nền Polime nhiệt rắn: Nhựa cô đặc như: Phenol, nhựa epoxy, nhựa amin, nhựa furan.
- Nền Polime nhiệt dẻo: Nhựa dẻo như nhựa PVC, Polypropylen, nhựa Polyetylen.
- Nền Polime Cacbon: Nền cacbon với ưu điểm nổi bật là chịu được nhiệt độ cao.
- Nền Kim loại: Composite nền kim loại có đặc tính chung là độ đàn hồi cao. Các nền kim loại thường được dùng là niken, nhồm và đồng.
Phân loại theo chất liệu cốt
Vật liệu Cốt trong COMPOSITE thường tồn tại ở dạng hạt hoặc sợi.
- Cốt hạt: Vật liệu composite được chia theo cốt hạt bao gồm 2 loại là hạt thô (VD: gỗ ép composite) và hạt mịn (VD: bê tông).
- Cốt sợi: Nếu chia theo nguồn gốc sợi thì gồm có 4 loại sợi dệt composite chủ yếu là sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi thực vật, sợi gốm. Ngoài ra, chúng ta có thể phân loại composite theo theo cách phân bố cốt sợi. Gồm có: sợi phân bố ngẫu nhiên, phân bố theo quy luật dệt một chiều song song, quy luật dệt hai chiều và quy luật dệt ba chiều.
Đánh giá ưu nhược điểm của chất liệu Compozit
Hãy cùng Ánh Dương nhau điểm qua những ưu và nhược điểm của composite để hiểu tại sao đây được xem là một trong những loại vật liệu của tương lai.
Ưu điểm
- Khối lượng riêng nhỏ, độ bền cơ học cao và độ cứng vững, uốn kéo tốt.
- Khả năng chống chịu thời tiết, chống lão hóa và chống tia UV cao.
- Khả cách điện, cách nhiệt tốt.
- Kháng hóa chất, chống ăn mòn cao, dễ bảo quản, bảo dưỡng.
- Gia công, chế tạo đơn giản, dễ tạo màu, tạo hình, thay đổi và sửa chữa.
- Tuổi thọ sử dụng cao, hơn kim loại và gỗ khoảng 2 đến 3 lần.
- Chi phí đầu tư trang thiết bị và chi phí bảo dưỡng thấp.
Nhược điểm
- Khó tái chế, tái sử dụng khi hư hỏng hoặc là phế phẩm trong quá trình sản xuất.
- Giá thành nguyên liệu thô khá cao, tốn thời gian gia công.
- Khá phức tạp khi phân tích cơ, lý và hóa tính của các mẫu vật.
- Chất lượng vật liệu phụ thuộc vào tay nghề và trình độ của công nhân.
Ứng dụng thực thế của vật liệu Composite
Vật liệu composite được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực để tạo ra các sản phẩm phục vụ cho đời sống sản xuất như:
Thiết kế nội thất
Chất liệu composite với độ bền cao, kết cấu vững chắc, chịu nhiệt và chống ẩm mốc. Vì vậy, loại chất liệu này được ứng dụng để sản xuất các vật dụng trang trí ngoài trời như bàn ghế, thiết bị hồ bơi.
Hơn nữa, composite còn có thể làm giả các loại vật liệu khác như kim loại, gỗ, đá… Do đó, chất liệu composite còn được sử dụng để chế tạo những vật dụng trang trí nội thất trong nhà như bình hoa, tượng…
Sản xuất phụ tùng, đồ gia dụng
Vật liệu composite còn được ứng dụng trong ngành sản xuất và chế tạo xe máy, ô tô. Với ưu điểm trọng lượng nhẹ, độ bền cao nên composite được sử dụng để sản xuất thùng xe, vỏ xe, trần xe. Bên cạnh đó, composite còn được ứng dụng trong ngành chế tạo tàu thuyền, sản xuất mũi tài, khung tàu, mái che, thùng tàu.
Ngoài ra, vật liệu composite còn được ứng dụng trong ngành sản xuất đồ gia dụng như tivi, tủ lạnh, điều hòa.
Ứng dụng trong đời sống
Composite là loại vật liệu thân thiện với môi trường. Chính vì lẽ đó mà nó được ứng dụng rộng rãi trong đời sống. Một điểm khiến vật liệu composite được ứng dụng trong nhiều ngành nghề sản xuất như hiện nay là giá thành thấp.
Hiện nay, vật liệu composite được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất như:
- Chế tạo vỏ động cơ tên lửa.
- Vỏ tên lửa, tàu vũ trụ, máy bay.
- Bình chịu áp lực cao.
- Đường ống dẫn composite (hay còn gọi là ống nhựa cốt sợi thủy tinh) để dẫn nước sạch, nước thô.
- Chế tạo composite nhân tạo hay còn gọi là solid surface (loại vật liệu nội thất được ứng dụng rất nhiều làm vật liệu bàn bếp trong gia đình).
- Ống dẫn nước thải, ống thủy nông, ống dẫn hóa chất composite, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước nhiễm phèn, nước ngập mặn.
- Vỏ bọc các loại bồn bể FRP, thùng chứa hàng, trang trí nội thất, mặt bàn ghế, tấm panel composite.
- Hệ thống ống thoát rác cho các tòa nhà cao tầng.
- Hệ thống sứ cách điện, sứ silicon, sứ polymer, sứ epoxy các loại sứ chuỗi, sứ cầu giao, sứ đỡ, sứ trong các bộ thiết bị điện, cầu chì, chống sét.
- Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp.
- Thùng rác công cộng.
- Vật liệu sửa chữa, nâng cấp công trình công nghiệp và dân dụng, cụ thể như sợi carbon, sợi thủy tinh để gia công kết cấu công trình cầu cảng.
- Tranh phù điêu nhựa composite, tượng composite làm bằng nhựa tổng hợp với độ bền cực tốt được ứng dụng rộng rãi trong trang trí nội thất.
- Trám răng thẩm mỹ bằng Composite là một phương pháp làm đẹp và bảo vệ răng tránh khỏi việc tái phát của các bệnh lý về răng miệng. Composite dùng để trám răng có màu sắc gần như răng thật, độ nén chịu lực và chịu mài mòn cao, an toàn đối với cơ thể giúp cải thiện tính thẩm mỹ.
Công nghệ sản xuất ngày nay ngày càng phát triển với tốc độ nhanh chóng. Kèm theo đó là các yêu cầu về nguyên vật liệu cũng càng được đề cao hơn. Thì chắc chắn vật liệu Composite sẽ là vật liệu tạo nên những sản phẩm ưng ý nhất.
