Hiện nay, vật liệu composite đang ngày càng trở nên phổ biến với sự xuất hiện dày đặc trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống. Vậy Composite là gì, cấu tạo và ứng dụng của chúng ra sao? Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn trả lời tất tần tật những thắc mắc trên.
Composite là gì ?
Composite hay còn có tên gọi khác là compozit. Đây là một loại vật liệu được tổng hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu khác nhau, để tạo thành một loại vật liệu mới mang những đặc tính ưu việt hơn so với những loại vật liệu ban đầu.
- Độ bền cao: Vật liệu Composite có thời gian sử dụng dài hơn kim loại, gỗ khoảng 2 – 3 lần. Chúng có khả năng chống chịu môi trường, kháng hóa chất cao, chống ăn mòn, không cần sơn bảo quản như các loại vật liệu kim loại , gỗ…
- Cách điện và cách nhiệt tốt.
- Chịu nhiệt, chịu lạnh, chống cháy,…
- Không thấm nước, không độc hại.
- Trọng lượng nhẹ nhưng cứng vững, chịu va đập, uốn, kéo,…
- Gia công và chế tạo đơn giản, dễ tạo hình, tạo màu.
- Giá thành thấp.
Tuy nhiên, vật liệu composite cũng có một số hạn chế như:
- Khó tái chế cũng như không thể tái sử dụng được khi bị hư hỏng.
- Phức tạp trong phân tích cơ, lý, hóa tính của mẫu vật.
- Chất lượng vật liệu bị phụ thuộc nhiều vào hãng sản xuất cũng như trình độ công nghệ.
- Giá thành của nguyên liệu thô tương đối cao.
- Phương pháp gia công tốn nhiều thời gian.
Cấu tạo của vật liệu composite
Vật liệu composite được hình thành từ 2 thành phần: pha gián đoạn (vật liệu cốt) và pha liên tục (vật liệu nền). Các pha hay các thành phần của vật liệu composite sẽ được hình thành từ các chất khác nhau, cụ thể:
Pha liên tục
Pha liên tục còn được gọi là vật liệu nền, 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 bao gồm polymer, kim loại, ceramic…
Pha gián đoạn
Pha gián đoạn là cốt hay là vật liệu tăng cường được trộn vào pha nền để tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước. Thành phần này giúp composite có các đặc điểm cơ lý tính cần thiết đồng thời đóng vai trò là điểm chịu ứng suất tập trung.
Có hai kiểu vật liệu tăng cường là dạng cốt sợi (ngắn hoặc dài) và dạng cốt hạt. Với dạng sợi bao gồm: thủy tinh, cellulose, carbon, acramic…; còn dạng hạt bao gồm: hạt kim loại, hạt đất sét, bột gỗ, bột đá…
Phân loại vật liệu composite
Phân loại theo bản chất vật liệu nền và cốt hình thành vật liệu composite
Vật liệu composite nền hữu cơ
Đây là loại composite nền trắng hay các composite nền nhựa. Sau khi lựa chọn được loại nền để quyết định đến loại composite, người ta bắt đầu chọn lựa kết hợp với các dạng cốt liệu thích hợp như: sợi hữu cơ, sợi khoáng, sợi kim loại…
Tổng hợp nền khoáng chất
Sản phẩm điển hình từ việc sử dụng nền khoáng chất tạo vật liệu composite là bê tông, bê tông cốt thép… Chúng thường sử dụng kết hợp với cốt dạng là sợi kim loại (Bo, thép,…), hạt kim loại (chất gốm kim), hạt gốm (gốm cacbua, gốm Nitơ…).
Tổng hợp nền kim loại
Lấy các nền hợp kim titan, nền hợp kim nhôm,… kết hợp với những cốt liệu chủ yếu sợi kim loại (Bo,…), sợi khoáng (cacbon, SiC,…). Tổng hợp nền kim loại và khoáng chất có thể chịu được nhiệt tối đa là khoảng 600 đến 1000 độ C.
Phân loại theo hình dạng cốt liệu
Vật liệu tổng hợp cốt sợi
Sợi là vật liệu có chiều dài lớn hơn rất nhiều so với hai chiều kích thước không gian còn lại. Vật liệu cốt sợi là vật liệu quan trọng nhất, thường được gắn liền với composite trong tên gọi, chủ yếu sử dụng để chế tạo vật liệu composite cốt sợi, và kết hợp với nền nhựa.
Vật liệu tổng hợp cốt hạt
Loại này không có kích thước ưu tiên, bởi bản chất là rất nhỏ bé. Hạt phổ biến nhất trên thị trường là bê tông và thường được gọi với cái tên là bê tông.
Vật liệu tổng hợp cốt hạt và sợi
Bê tông được coi là một loại tổng hợp (composite) với nền khoáng chất được sử dụng chủ yếu. Bê tông khi kết hợp với cốt thép thì tạo thành bê tông cốt thép, và có tính chất vượt trội hơn so với bê tông.
Ứng dụng của Composite
Nhờ những đặc tính ưu việt, vật liệu composite được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống.
Trong việc sản xuất giày bảo hộ
Vật liệu composite chuyên được sử dụng trong việc sản xuất phần lót mũi giày an toàn cho các sản phẩm giày bảo hộ cao cấp. giúp đảm bảo tính năng chống dập ngón chân cho người sử dụng. Ngoài ra còn giúp giảm trọng lượng so với mũi thép thông thường.
Trong sản xuất đồ gia dụng
Các sản phẩm làm từ vật liệu composite sở hữu nhiều ưu điểm như: Giá thành rẻ, dễ thay thế, chịu được trong nhiều môi trường khắc nghiệt… Vậy nên, chúng ta có thể sử dụng vật liệu composite trong sản xuất đồ gia dụng như:
- Điều hòa, máy tính, tủ lạnh…
- Mô hình đồ chơi cho trẻ em.
- Thùng rác; lốp xe ô tô, xe máy; hệ thống ống nước…
Trong việc thiết kế đồ nội thất trang trí
Những đồ trang trí như tượng, bình hoa, gạch ốp, trụ cột được chạm khắc hoa văn là sự lựa chọn của nhiều gia đình, nhằm góp phần tô điểm cho không gian bên trong ngôi nhà. Các vật liệu này thường được tạo ra bởi vật liệu composite bởi chúng ít bị phai màu, chống ẩm mốc, dễ dàng gia công.
Bên cạnh đó, nhờ khả năng chống chịu tốt với nhiệt độ, độ ẩm cũng như các yếu tố khác của môi trường nên composite được xem là sự lựa chọn lý tưởng để sản xuất những đồ nội thất ngoài trời như bàn ghế, bể bơi, các vật trang trí,…
Trong lĩnh vực y tế
Trước khi xuất hiện vật liệu composite, các loại dung dịch hóa chất được đựng trong ống nghiệm, lọ thủy tinh. Sử dụng thủy tinh để tạo ra những sản phẩm này cần tiêu tốn chi phí không hề nhỏ. Hơn nữa, lọ thủy tinh rất dễ vỡ trong quá trình vận chuyển nên đòi hỏi phải bảo quản kỹ lưỡng hơn khi mang đi xa.
Các sản phẩm lọ, ống nghiệm làm từ vật liệu composite hoàn toàn khắc phục được nhược điểm này của thủy tinh. Các ống nghiệm làm từ vật liệu composite có tính bền cao, chống ăn mòn, cứng vững, chịu va đập tốt… Và quan trọng hơn, vật liệu composite có giá thành rẻ hơn rất nhiều so với thủy tinh.
Trong lĩnh vực sản xuất ô tô, xe máy
Xe máy, ô tô có động cơ rất nặng nên cần tìm kiếm một chất liệu có trọng lượng nhẹ để sản xuất vỏ xe, thùng xe. Vì thế, người ta đã lựa chọn vật liệu composite để giảm khối lượng chung của xe, giúp người dùng di chuyển dễ dàng hơn.
Ngoài ra, sử dụng composite còn giúp giảm chi phí, đơn giản trong việc thay thế khi các bộ phận này hư bỏng hoặc người dùng muốn làm mới xe.
Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ
Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, khi lựa chọn vật liệu sản xuất các thiết bị máy bay, tàu vũ trụ… người ta đặc biệt quan tâm đến tính bền, khả năng chịu được áp lực cao, khó bị biến dạng và không thể thiếu trọng lượng nhẹ. Đáp ứng tất cả những tiêu chuẩn này, composite là cái tên được “chọn mặt gửi vàng” để chế tạo hàng loạt các bộ phận như: Bộ khung máy bay, thân máy, cánh,… Và có đến 60% bộ phận của thiết bị máy bay, tàu vũ trụ được làm nên từ loại vật liệu này.
Trong ngành công nghiệp sản xuất đóng tàu
Composite được sử dụng để sản xuất các bộ phận: thùng tàu, mũi tàu, mái che, khung cho các loại tàu, cano… Sản phẩm làm từ vật liệu composite có tính chất bền và có tính thẩm mỹ cao. Chính vì thế, chúng được ứng dụng cực kỳ phổ biến trong ngành công nghiệp sản xuất đóng tàu.
Ứng dụng trong việc làm giả những vật liệu khác
Việc làm giả những vật liệu khác giúp sản phẩm vẫn sở hữu được vẻ đẹp tự nhiên nhưng lại mang những đặc tính ưu việt hơn so với vật liệu gốc. Vật liệu composite thường được sử dụng để làm giả các chất liệu như: Đá, gỗ, kim loại,…
Hy vọng, những thông tin trong bài viết đã giúp ích cho các bạn trong việc tìm hiểu về vật liệu composite. Nếu còn bất kỳ thắc mắc nào liên quan, hãy để lại bình luận bên dưới bài viết, đội ngũ biên tập của chúng tôi sẽ giúp các bạn có được câu trả lời chính xác nhất.
