Khoa học và công nghệ ngày càng phát triển, con người có xu hướng phát minh và tìm kiếm những vật liệu với những đặc tính vượt trội hơn để có thể làm ra các sản phẩm mới hữu ích, thiết thực, cải thiện so với các sản phẩm cũ. Chính vì thế composite được biết đến và trở thành một loại vật liệu được sử dụng rộng khắp trong ngành công nghệ chế tạo. Đây là một loại vật liệu ưu việt tiến bộ hơn về tính chất cũng như được sử dụng phổ biến, sản xuất hàng loạt. Vậy thì vật liệu Composite là gì, đặc điểm và phân loại của vật liệu này như thế nào, mời các bạn cùng tìm hiểu

Vật Liệu Composite Là Gì – Định Nghĩa Và Ứng Dụng

Composite là một loại nhựa mang trong mình những ưu thế hơn hẳn các loại nhựa khác. Các loại nhựa thông thường có tính đàn hồi và chỉ chịu được áp lực và tác động vật lý rất thấp. Trong khi đó, vật liệu nhựa composite thể hiện mạnh mẽ vượt trội bởi sự cứng cáp những không thiếu tính đàn hồi, bởi sự mạnh mẽ khi đối mặt với các tác động vật lý và cơ học.

Vậy vật liệu composite thực ra được tạo ra bởi các thành phần như thế nào? Tại sao lại có những đặc tính mạnh áp đảo các loại nhựa thông thường như vậy? Và có thể ứng dụng vật liệu này vào trong những công nghệ chế tạo nào? Tất cả những câu hỏi này sẽ được giải đáp trong bai viết dưới đây.

Định nghĩa vật liệu composite

Để tìm hiểu vật liệu composite là gì, chúng ta sẽ tìm hiểu về hợp chất composite hay còn có tên gọi khác là compozit thực chất là một loại nhựa được cấu tạo bởi 2 pha là pha nhựa và pha độn. Pha nhựa là pha được tạo thành hoàn toàn từ nhựa thường, vẫn giữ nguyên các đặc tính cơ bản của nhựa thường như dẻo, đàn hồi, đồng thời pha chất độn bao gồm rất nhiều chất khác nhau cấu thành các đặc điểm khiến nó vượt qua về mặt cấu trúc lẫn mặt đặc tính so với nhựa thường. Trong số các chất cấu tạo của nó, bao gồm các thành phần sau: sợi khoáng chất, sợi tổng hợp, sợi nhựa tổng hợp, sợi kim loại, và một số thành phần khác,…

Để có thể phù hợp với từng loại công nghệ chế tạo và đặc thù của ngành công nghiệp riêng biệt mà composite được tạo ra nhiều loại khác nhau để phù hợp với từng bối cảnh. Thông thường, một composite có một hoặc nhiều pha được cấu tạo đan xen để tăng tính cơ học và tính kết nối, chống mò, xước và các tác động khác từ mô trường,… chính vì thế mà vật liệu này được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng, công nghiệp và cả chế tạo đồ dân dụng mà chúng ta vẫn thường dùng hàng ngày.

Ứng dụng của vật liệu Composite trong đời sống là gì?

Tuy xét về mặt giá cả thì vật liệu composite có mức giá thấp hơn rất nhiều lần so với những vật liệu như gang, thép tuy nhiên nó vẫn là loại vật liệu cao cấp được kết hợp hoàn hảo từ hai thành phần chính: sợi cacbon và các sợi thủy tinh cao cấp. Nó làm thay đổi rất nhiều cuộc sống của chúng ta nhất là trong việc ứng dụng vào sản xuất các đồ gia dụng nhằm phục vụ đời sống sinh hoạt thường ngày bởi vì nó mang nhưng đặc điểm, tính chất ưu việt như là khả năng có thể điều chỉnh những yêu cầu kỹ thuật mà con người mong muốn, có độ cứng, độ bền cao, có tính đàn hồi tốt, nhẹ, bề mặt nhẵn bóng, là chất bán dẫn ( cách điện và truyền nhiệt kém ), có thể tiết kiệm chi phí nhờ khả năng chống oxy hóa và chống ăn mòn, có thể sử dụng trong nhiều môi trường kể cả những môi trường khắc nghiệt như môi trường có axit, nhiễm mặn, nhiễm phèn, … Thế nên nó được sử dụng rộng rãi trong đời sống và công nghiệp sản xuất. Cụ thể là thông qua bài viết này các bạn có thể biết thêm một số những ứng dụng thiết yếu của chúng trong cuộc sống xung quanh bạn đó!

Ứng dụng của vật liệu composite sản xuất các sản phẩm đồ gia dụng, dụng cụ

Ứng dụng của vật liệu composite trong ngành y tế: đối với loại ngành nghề đặc thù và hầu như là cung ứng rất nhiều sản phẩm, vật dụng mà để tránh tốn quá nhiều chi phí không cần thiết người ta sử dụng vật liệu composite do chúng có tính bền vững ( siêu bền ), có khả năng chống oxy hóa và chống ăn mòn cao nên các sản phẩm được chế tạo ra có sử dụng vật liệu composite là: các bồn để chứa hóa chất ( cụ thể là chứa các dung dịch axit hoặc các dung dịch kiềm ) để thay thế hoàn toàn các chai thủy tinh dễ gây đổ vỡ và lại có giá cả đắt hơn ( nhất là khi nó đổ ra thì có thể gây ra nguy hiểm cho các nhân viên y tế khi thu dọn chúng và rất khó để thu dọn ).

Ứng dụng của vật liệu composite trong ngành sản xuất và chế tạo ô tô, xe máy ( thực ra là một số linh kiện, phụ tùng ) có thể kể đến việc sử dụng composite để làm bộ vỏ xe, khung trần, thùng xe, … và một số phụ tùng khác, chung quy lại là để nhằm một mục đích duy nhất là làm giảm bớt trọng lượng của xe.

Ứng dụng của vật liệu composite trong ngành chế tạo tàu thuyền, hầu như việc chế tạo ra tàu tuyền để vận chuyển cũng như chở hàng hóa, để có thể giảm tải trọng của tàu thuyền ( tăng sức chứa hàng hóa ) thì cần dùng đến vật liệu composite, cụ thể là vật liệu composite dùng để làm thùng tàu, mũi tàu, ghe, khung tàu và mái che cho cho các tàu cano, …

Ứng dụng của vật liệu composite trong ngành công nghiệp sản xuất một số vật dụng trong đời sống, thực chất trong cuộc sống hiện đại ngày nay chúng ta đang sử dụng rất nhiều sản phẩm được sản xuất từ vật liệu composite như là điều hòa, ti vi, tủ lạnh, máy giặt, chén, đũa, bồn nước, cốc, thùng rác, chậu cây, … còn rất nhiều sản phẩm khác nữa.

Ứng dụng của vật liệu composite trong lĩnh vực hàng không và vũ trụ, có thể bạn chưa biết rằng có khoảng 60% lượng chất composite dùng để chế tạo máy bay đơn giản là vì nó có đặc điểm vô cùng quan trọng là loại vật liệu cao cấp nhẹ và có độ bền cao, khó bị biến dạng vì thế mà vật liệu composite được tận dụng một cách tối đa vào các chi tiết, bộ phận của máy bay, có thể kể đến như là bộ khung máy bay, thân máy bay, cánh máy bay, …

Một số sản phẩm được tạo ra từ vật liệu composite

Vỏ động cơ tên lửa, vỏ máy bay, vỏ tên lửa, vỏ tàu vũ trụ, mái hiên của cano, vỏ tàu thuyền, vỏ ô tô, khung xe máy, lốp ô tô, lốp xe ( đạp, xe máy ),…

Bình chịu áp lực cao, hệ thống ống nhựa thoát nước dân dụng, ống dẫn nước thải, dẫn hóa chất, ống dẫn nước qua các vùng đất nhiễm phèn chua hay nhiễm mặn, ống dẫn nước sạch, ống thủy nông.

Vỏ bọc bồn bể, bồn để chứa hóa chất, thùng chứa hàng, thùng rác công cộng, …

Hệ thống cách điện như vỏ cầu chì, sứ polymer, sứ silicon, sứ epoxy, chống sext, …

Đồ chơi cho trẻ em: mô hình, robot, vợt cầu lông, cần câu cá, rubic, …

Ống dẫn xăng dầu composite cao cấp ba lớp có sử dụng công nghệ cuốn ướt tiên tiến của Nga và đạt được các tiêu chuẩn sản xuất ống dẫn xăng,Mũ bảo hiểm, gậy đánh golf, gậy đánh tennis, …

Nhìn chung vật liệu composite được sử dụng để sản xuất ra rất nhiều sản phẩm và xuất hiện trong đời sống của chúng ta. Các bạn luôn được chứng kiến đến sự hiện diện của chúng xung quanh mình, điều đó cũng đủ thấy được rằng composite quan trọng như thế nào trong cuộc sống hiện đại

Vật liệu composite có đặc điểm là gì?

Đây là một loại vật liệu nhân tạo, do chính con người tạo ra bằng phương pháp hóa học đã được nghiên cứu và kiểm định về tính an toàn của chúng đối với người sử dụng. Bởi vì là sản phẩm nhân tạo thế nên để so sánh về chất lượng của vật liệu composite này không thể nào vượt qua được các loại vật liệu như gang hay thép. Điều này có nghĩa là composite được sử dụng như một loại vật liệu thay thế nhằm giảm thiểu chi phí và tăng những đặc điểm khác lên ví dụ như có thể lựa chọn màu sắc ưng ý chẳng hạn.

Vật liệu composite là một loại vật liệu mang nhiều pha hơn thế nữa điều đặc biệt ở đây là chúng thường sẽ khác biệt nhau về bản chất cũng như chúng không hòa tan lẫn nhau và được phân cách nhau bởi ranh giới pha. Trên thực tế ngày nay phần lớn vật liệu composite là loại hai pha và trong đó là hai phần nền và cốt. Nền là pha liên tục trong cả khối còn cốt lại là pha được phân bổ một cách gián đoạn.

Thực chất phần nền và phần cốt của loại vật liệu composite này là có tỷ lệ nhất định, kể cả hình dáng, kích thước kể cả sự phân bổ cũng được dựng lên theo các thiết kế sẵn có từ trước ( tức là đã lên kế hoạch sẵn và tính toán kỹ lưỡng rồi ).

Nói về tính chất của các pha thành phần đã được người ta kết hợp lại nhằm tạo ra một tính chất chung nhất của vật liệu composite. Tuy vậy, điều này không phải là sự cộng đơn thuần toàn bộ các tính chất của các pha thành phần lại khi mà chúng đứng riêng lẻ mà thực chất người ta chỉ lựa chọn những tính chất tốt nhất trong nó để tính toán định liệu và phát huy thêm những tính năng ấy!

Phân loại vật liệu composite

Việc phân loại vật liệu composite thì sẽ dựa trên các đặc trưng của nền và cốt, điều này có nghĩa là việc phân loại sẽ dựa trên các đặc trưng của các pha cơ bản vì vậy chúng ta sẽ chia vật liệu composite thành những loại sau đây:

Phân loại dựa theo bản chất của nền

Composite được chia thành bốn loại sau: Composite nền chất dẻo ( tức là polyme ), composite nền kim loại, composite nền ceramic và composite nền hỗn hợp của nhiểu pha.

Phân loại dựa theo đặc điểm cấu trúc của cốt

Composite được chia thành ba loại sau: composite cốt hạt, composite cốt sợi và composite cấu trúc. Nhìn chung thì mỗi loại có sự khách biệt nhất định như là sự khác biệt về kích thước hình học giữa composite cốt hạt với lại composite cốt sợi ( nói rõ hơn thì loại cốt hạt là các phần tử đẳng trục còn đối với loại cốt hạt thì lại có tỷ lệ chiều dài ở trên một đường kính khá là lớn ). Còn composite cấu trúc chính là các bán thành phẩm dạng sợi tấm với lớp là vật liệu đồng nhất với một số composite khác.

Đối với composite cốt hạt được chia thành hai nhóm nhỏ hơn là composite cốt hạt thô ( được sử dụng nhiều trong lĩnh vực công nghiệp xây dựng ) và composite cốt hạt mịn ( có tính năng đặc biệt là bền nóng và cả ổn định nóng nữa ).

Đối với composite cốt sợi được chia thành hai nhóm nhỏ hơn là sợi liên tục và sợi gián đoạn. Trong sợi gián đoạn được chia thành hai loại là sợi gián đoạn ngẫu nhiên và sợi gián đoạn có hướng.

Đối với composite cấu trúc được chia thành ba nhóm nhỏ hơn là cấu trúc lớp, cấu trúc tấm ba lớp và cấu trúc tổ ong.

Ưu thế và bất lợi của vật liệu Composite là gì?

Mặc dù là loại vật liệu ngày càng được ưa chuộng và sử dụng nhiều hơn, tuy nhiên, vật liệu composite không phải không có những khuyết điểm, sau đây là những điểm tốt và xấu khi sử dụng vật liệu Composite so với những loại vật liệu khác

Những lợi thế, ưu thế của vật liệu composite hơn các loại nhựa thông thường khác.

Về mặt giá thành: Đây là loại vật liệu có quá nhiều công dụng và độ bền chắc của nó, tính hữu ích của nó không thể đong đo hết được, trong khi đó giá thành lại vô cùng rẻ so với gang và thép. Các chủ đầu tư có thể tiết kiệm khoảng 5 đến 6 lần ngân sách đầu tư của mình để thay thế một sản phẩm bằng loại vật liệu này mà vẫn đảm bảo an toàn cho công trình.

Xét về mặt trọng lượng: Như các loại nhựa khác, vật liệu nhựa composite cũng rất nhẹ và êm khi mang vác. Vì vậy, việc di chuyển, vận chuyển đến công trình cần thi công tương đối thuận lợi và dễ dàng, đặc biệt nếu công trình nằm trong vùng có địa hình hiểm trở hay xa xôi. Công đoạn bốc vác cũng không quá khó khăn có thể giúp cho nhà đầu tư tiết kiệm được nhân công vận chuyển.

Xét về mặt thẩm mỹ: Đây là loại vật liệu có sự đa dạng về màu sắc cũng như bạn có thể dễ dàng cắt hay khắc loại vật liệu này, nên về cơ bản đây là loại vật liệu này có tính thẩm mỹ cao hơn cả. Có thể nhiều người nghĩ rằng các vật liệu thì không cần thẩm mỹ, nhưng thử nghĩ khi xây căn nhà của bạn, bạn có cần tính thẩm mỹ cho căn nhà của mình không? Chắc hẳn câu trả lời là Có. Chính vì thế đây cũng là một ưu điểm của loại vật liệu này.

Độ bền cao: Đặc tính này khiến composite hơn hẳn các “anh chị” vật liệu nhựa khác của nó, composite có tính chất chống ăn mòn, chống axit, ba zơ, các điều kiện khắc nghiệt từ môi trường.

Bất lợi mà vật liệu này cần khắc phục hoặc cải tiến

Khi so sánh với các loại vật liệu bền chắc như gang và thép thì vật liệu composite có nhiều ưu điểm và cũng vượt qua các vật liệu nhựa thông thường. Tuy nhiên nó cũng tồn tại nhiều nhược điểm mà chúng ta cần cải tiến để tạo ra một loại có sự hoàn hảo hơn. Trong đó, nhược điểm lớn nhất của composite chính là

Tính không thể tái chế được. Điều này khiến cho nhựa composite khó sử dụng nhiều lần và dễ dẫn đến ô nhiễm môi trường khi không có biện pháp loại trừ hoàn toàn hay tiêu hủy triệt để.

Độ bền của composite hơn hẳn nhựa thường nhưng không thể sánh bằng gang và thép. Chính vì thế trong xây dựng, các vật liệu chính để tạo nên độ bền chắc của móng và lõi công trình không thể thay thế gang thép.

Tuy có một số nhược điểm khó có thể khắc phục, nhưng vật liệu composite vẫn được ứng dụng rộng rãi trong chế tạo, sản xuất và được ứng dụng trong các lĩnh vực như: Chế tạo hầm biogas, vỏ động cơ tên lửa, vỏ máy bay hay tàu vũ trụ, bình chịu được áp lực cao.

Như vậy có thể thấy được vật liệu composite được ứng dụng rất nhiều và ngày cnagf khẳng định được vị thế của mình trong công nghệ chế tạo