Bạn đã từng nghe đến vật liệu composite, một loại vật liệu được coi là tương lai vì tích hợp nhiều kiến thức khoa học và kỹ thuật hiện đại trong đó.
Tuy nhiên, composite đã có mặt từ rất lâu trước khi con người xây dựng các công trình để ở và sinh hoạt.
Vậy, composite là gì?
Bài viết này sẽ giải đáp chi tiết về vật liệu composite và những điểm đáng chú ý của nó.
Vật liệu composite là gì?
Vật liệu composite (còn gọi là vật liệu compozit hoặc vật liệu tổng hợp) là loại vật liệu được tạo thành từ hai hoặc nhiều vật liệu khác nhau với tính chất vật lý và hóa học khác nhau. Vật liệu composite mang lại các đặc điểm và ứng dụng vượt trội so với vật liệu ban đầu.
Vật liệu composite đã được sử dụng từ lâu đời trong các ứng dụng khác nhau. Khi người ta trộn sỏi vào đất để làm gạch, hoặc trộn bùn với rơm để làm vách nhà,… Bạn có thể không để ý, nhưng bê tông chính là một loại vật liệu composite phổ biến.
Mặc dù đã có mặt từ rất lâu, ngành khoa học vật liệu composite chỉ mới phát triển hình thành khi công nghệ chế tạo tên lửa xuất hiện vào những năm 1950. Kể từ đó, khoa học và công nghệ vật liệu composite đã phát triển trên toàn thế giới và được biết đến với tên gọi “vật liệu composite”.
Video dưới đây sẽ giải thích về vật liệu composite một cách trực quan:
Cấu tạo và đặc tính của composite
Cấu tạo của composite
Vật liệu composite thường gồm hai thành phần chính: Vật liệu cốt và vật liệu nền.
- Vật liệu cốt (còn gọi là Fiber): Đây là thành phần giúp composite có các đặc điểm cơ lý cần thiết như sức mạnh và độ cứng. Có hai loại vật liệu cốt chính là dạng cốt sợi (ngắn hoặc dài) như sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi keramik… và dạng cốt hạt như hạt kim loại, hạt đất sét, bột đá, bột gỗ…
- Vật liệu nền (còn gọi là Matrix): Đây là loại vật liệu pha có chức năng liên kết các thành phần cốt trong composite để tạo thành một cấu trúc đồng nhất và thống nhất. Vật liệu nền có thể là nhựa (polyester, PE, PP, PVC, Epoxy, cao su…), kim loại nung chảy, gốm (xi măng…).
Dưới đây là hai video ngắn giới thiệu về sợi thủy tinh và sợi carbon, rất thú vị và chỉ mất chưa đầy 5 phút:
Đặc tính của composite
Đặc tính vật liệu cốt
- Được sử dụng để chịu ứng suất tập trung.
- Kháng hóa chất và nhiệt độ.
- Phân tán tốt trong vật liệu nền.
- Thuận tiện 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 có lực tác động từ bên ngoài.
- Bảo vệ vật liệu cốt khỏi hư hỏng do tác động của môi trường.
- Độ bền dẻo cao (chống lại sự phát triển của vết nứt).
- Đóng góp các tính chất khác như cách điện, độ dẻo, màu sắc…
Nhựa có phải là composite hay không?
Đây là một khái niệm dễ nhầm lẫn. Một số loại nhựa tổng hợp là vật liệu composite, nhưng không phải tất cả các loại nhựa đều là vật liệu composite.
Thực tế là hầu hết các loại nhựa (plastic) – như nhựa dùng để sản xuất đồ chơi, chai nước và các đồ vật thông thường khác – không phải là vật liệu composite. Chúng chỉ đơn giản là nhựa nguyên chất.
Các loại nhựa polyme (như polyester, vinyl ester, epoxy hoặc phenolic) cũng thường chỉ là nhựa, không phải là vật liệu composite.
Các loại vật liệu composite phổ biến hiện nay
Một số vật liệu composite phổ biến hiện nay bao gồm:
- Gốm composite (Ceramic composite): Gốm được trải ra trong một ma trận gốm. Chúng có khả năng chống sốc nhiệt và chống gãy tốt hơn gốm thông thường.
- Composite kim loại (Metal composite): Kết hợp kim loại với nhựa tổng hợp.
- Bê tông cốt thép (Reinforced concrete): Bê tông được gia cố bằng vật liệu có độ cứng cao như thanh cốt thép.
- Bê tông cốt sợi thủy tinh (Glass fibre reinforced concrete): Bê tông được tạo thành từ sợi thủy tinh với hàm lượng zirconia cao.
- Bê tông mờ (Translucent concrete): Bê tông chứa sợi quang, tạo hiệu ứng ánh sáng xuyên qua.
- Gỗ kỹ thuật (Engineered wood): Gỗ kết hợp với các vật liệu giá rẻ khác (như ván dăm) hoặc các vật liệu đặc biệt như veneer.
- Ván ép (Plywood): Gỗ kỹ thuật được tạo thành bằng cách ghép nhiều lớp gỗ mỏng lại với nhau ở các góc độ khác nhau.
- Tre kỹ thuật (Engineered bamboo): Các dải sợi tre được dán lại với nhau tạo thành một tấm ván. Tre kỹ thuật có độ bền cao hơn gỗ.
- Thép composite (Steel composite): Ứng dụng trong xây dựng nhà khung thép và nhà container với độ bền cao hơn thép truyền thống.
- Gỗ nhựa composite (Wood-plastic composite): Sợi gỗ hoặc bột gỗ kết hợp với nhựa tổng hợp.
- Sợi thủy tinh (Fibreglass): Sợi thủy tinh kết hợp với nhựa rẻ tiền và linh hoạt.
- Polymer gia cố bằng sợi cacbon (Carbon Fibre reinforced polymer): Sợi cacbon được gia cố bằng nhựa với độ cứng cao.
- Giấy tráng nhựa (Plastic coated paper): Giấy được tráng nhựa để tăng độ bền. Thường được sử dụng trong các bộ bài chơi cao cấp.
Ưu và nhược điểm của vật liệu composite
Hãy cùng nhau xem qua ưu và nhược điểm của composite để hiểu tại sao nó được coi là một trong những vật liệu của tương lai.
Ưu điểm của vật liệu composite
Vật liệu composite có nhiều ưu điểm nổi bật:
- Khối lượng nhẹ, độ bền cơ học cao.
- Độ cứng và uốn kéo tốt.
- Khả năng chịu đựng thời tiết, chống lão hóa, chống tia tử ngoại cao.
- Tính cách điện và cách nhiệt tốt.
- Khả năng chống hóa chất và chống ăn mòn cao, không gây tốn kém trong bảo quản, không cần sơn phủ chống ăn mòn.
- Dễ tạo hình, tạo màu, chỉnh sửa và sửa chữa.
- Chi phí đầu tư trang thiết bị sản xuất và bảo dưỡng không cao.
- Tuổi thọ sử dụng cao (thời gian sử dụng lâu hơn gỗ khoảng 2-3 lần).
Nhược điểm của vật liệu composite
Ngoài những điểm ưu việt, vật liệu composite cũng có nhược điểm cần lưu ý:
- Khó tái chế, tái sử dụng khi bị hỏng hoặc là phế phẩm trong quá trình sản xuất (ví dụ như bê tông sau khi bị thải sẽ trở thành rác, không thể tái chế).
- Chi phí nguyên liệu tương đối cao.
- Phương pháp gia công tốn thời gian.
- Phức tạp trong phân tích cơ, lý, hóa tính của mẫu vật.
- Chất lượng vật liệu phụ thuộc nhiều vào trình độ công nhân.
Ứng dụng thực tế của composite trong đời sống
Vật liệu composite được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực để tạo ra các sản phẩm phục vụ cuộc sống và sản xuất, ví dụ như:
- Vỏ động cơ tên lửa.
- Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ.
- Bình chịu áp lực cao.
- Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite (hay còn gọi là ống nhựa cốt sợi thủy tinh).
- Đá composite nhân tạo (solid surface), thường được sử dụng để làm mặt bếp trong gia đình.
- Ống dẫn nước thải, ống dẫn hóa chất composite, ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngập mặn, vùng nhiễm phèn.
- Vỏ bọc các loại bồn, thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, trang trí nội thất, tấm panel composite.
- Hệ thống ống thoát rác cao tầng.
- Hệ thống sứ cách điện, sứ polymer, sứ silicon, sứ epoxy và các vật liệu sứ khác trong các bộ thiết bị điện, chống sét, cầu chì.
- Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp.
- Vỏ tàu thuyền.
- Thùng rác công cộng.
- Vật liệu sửa chữa và nâng cấp công trình dân dụng và công nghiệp, như sợi cacbon, sợi thủy tinh để gia cố cấu trúc của cầu cảng.
- Tranh phù điêu nhựa composite, phù điêu nhựa composite hay tượng composite được dùng cho trang trí nội thất.
- Trám răng thẩm mỹ bằng Composite là một giải pháp làm đẹp và bảo vệ răng tránh khỏi các vấn đề về răng miệng. Vật liệu composite trám răng có màu sắc giống răng thật, chịu lực và mài mòn tốt, an toàn cho cơ thể và giúp cải thiện vẻ đẹp cũng như ngăn ngừa các vấn đề về răng.
Tổng kết
Bây giờ bạn đã biết vật liệu composite là gì và tại sao nó đã có mặt khắp nơi trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Dù mới được phát triển gần đây, ông cha ta đã ứng dụng vật liệu này rất nhiều từ lâu.
Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về composite, hãy để lại bình luận và chúng tôi sẽ giúp bạn.
Dnulib.edu.vn – Trang web chuyên cung cấp kiến thức về vật liệu và công nghệ đồ họa mong muốn được đi cùng với bạn!
Ảnh trong bài viết đã được chỉnh sửa bởi Dnulib.edu.vn. Nguồn ảnh: dnulib.edu.vn
