Bài viết này giải thích chi tiết về vật liệu composite, một loại vật liệu được coi là của tương lai vì kết hợp rất nhiều kiến thức khoa học kỹ thuật hiện đại. Tuy nhiên, composite cũng đã xuất hiện từ rất lâu trước đây khi con người bắt đầu xây dựng các công trình. Bài viết sẽ trả lời cho bạn tất cả những thắc mắc xoay quanh vật liệu composite này.
Vật liệu Composite
Vật liệu Composite là gì?
Vật liệu Composite là một loại vật liệu được tạo thành từ việc kết hợp hai hay nhiều thành phần khác nhau, có tính chất vật lý và cơ học khác nhau, để tạo thành một vật liệu mới với các tính chất vượt trội hơn so với các vật liệu truyền thống.
Các thành phần trong composite thường được gọi là ma trận và tấm gia cường. Ma trận thường được làm từ nhựa epoxy, polymer hay kim loại, trong khi tấm gia cường có thể là sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi kevlar hay các hạt gốm. Vật liệu composite được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như hàng không, ô tô, đóng tàu, thể thao và y tế do có tính chất nhẹ, bền, cứng và chống ăn mòn tốt.
Vật liệu composite được tạo thành bằng cách kết hợp hai hoặc nhiều thành phần khác nhau, gồm ma trận và tấm gia cường. Ma trận thường được làm từ các loại nhựa epoxy, polymer hoặc kim loại như nhôm hay đồng. Tấm gia cường có thể được làm từ sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi kevlar hoặc các hạt gốm.
Ma trận trong composite có chức năng giữ các tấm gia cường với nhau và truyền tải tải trọng. Ma trận cũng giúp cho composite có khả năng chống ăn mòn, đàn hồi và chống va đập. Tấm gia cường trong composite được sử dụng để tăng độ cứng và chịu lực của vật liệu. Các sợi thủy tinh, sợi carbon hay sợi kevlar thường được sử dụng làm tấm gia cường. Những tấm gia cường này được xếp chồng lên nhau để tạo ra cấu trúc composite.
Cấu trúc của composite có thể được thiết kế và điều chỉnh tùy theo mục đích sử dụng. Các lớp tấm gia cường có thể được bố trí theo hướng khác nhau để tăng độ cứng, độ bền và độ dẻo dai của vật liệu. Việc chọn lựa và kết hợp các thành phần phù hợp trong composite là yếu tố quan trọng để tạo ra vật liệu với tính chất đáp ứng được yêu cầu của ứng dụng.
2. Đặc tính của composite
Vật liệu composite có nhiều đặc tính vượt trội so với các vật liệu khác, nhờ vào cấu trúc đặc biệt được tạo ra từ việc kết hợp các thành phần khác nhau. Sau đây là một số đặc tính của composite:
Độ bền cao: Composite có độ bền cơ học cao hơn so với các vật liệu khác, đặc biệt là khi chịu lực dọc theo hướng tấm gia cường. Điều này là do tấm gia cường trong composite có tính chất chịu lực tốt.
Khả năng chịu va đập tốt: Composite có khả năng chống va đập và chống sốc tốt hơn so với các vật liệu khác. Điều này là do cấu trúc composite có khả năng phân tán tải trọng khi bị va đập.
Khả năng chống ăn mòn tốt: Composite thường được sử dụng trong môi trường ăn mòn, vì chúng có khả năng chống ăn mòn tốt hơn so với các vật liệu khác như thép hay nhôm.
Độ cứng và độ dẻo dai tốt: Cấu trúc composite có thể được thiết kế để có độ cứng và độ dẻo dai phù hợp với yêu cầu ứng dụng. Việc điều chỉnh độ cứng và độ dẻo dai của composite có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các tấm gia cường khác nhau.
Khối lượng nhẹ: Composite có khối lượng nhẹ hơn so với các vật liệu khác, nhưng vẫn có độ bền cao. Do đó, composite thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu tính chất nhẹ và độ bền cao như trong công nghiệp hàng không, đóng tàu, ô tô, thể thao và giải trí.
Tổng quan, composite là một vật liệu đa dạng, có tính chất và đặc tính khác nhau tùy thuộc vào thành phần cấu tạo. Các đặc tính tuyệt vời của composite là lý do tại sao chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp và đời sống.
Ưu và nhược điểm của vật liệu composite
Hãy cùng nhau điểm qua ưu và nhược điểm của composite để hiểu tại sao đây là một trong những loại vật liệu của tương lai.
1. Ưu điểm vật liệu composite
Vật liệu composite có khá nhiều ưu điểm:
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 UV cao
Cách điện và cách nhiệt tốt
Khả năng kháng hóa chất và kháng ăn mòn cao, không gây tốn kém trong bảo quản, không cần phải sơn phủ chống ăn mòn.
Dễ tạo hình, tạo màu, thay đổi và sửa chữa.
Chi phí đầu tư trang thiết bị sản xuất và chi phí bảo dưỡng không quá cao.
Tuổi thọ sử dụng cao (thời gian sử dụng dài hơn kim loại, gỗ khoảng 2-3 lần).
Bên cạnh những điểm ưu việt của vật liệu composite, chúng ta vẫn cần biết đến nhược điểm của loại vật liệu này để ứng dụng phù hợp:
Khó tái chế, tái sử dụng khi hư hỏng hoặc là phế phẩm trong quá trình sản xuất. (bê tông sau khi bỏ đi sẽ thành xà bần, không thể tái chế)
Giá thành nguyên liệu thô 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 của công nhân.
Ứng dụng vật liệu composite trong thực tế
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
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 hay còn gọi là solid surface là loại vật liệu nội thất được ứng dụng rất nhiều trong việc làm mặt bếp trong gia đình.
Ống dẫn nước thải, dẫn hóa chất composite, ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngập mặn, nhiễm phèn
Vỏ bọc các loại bồn bể, thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, trang trí nội thất, tấm panel composite
Hệ thống ống thoát rác nhà cao tầng
Hệ thống sứ cách điện, sứ polymer, sứ silicon, sứ epoxy các loại sứ chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ 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, 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 cầu cảng
Tranh phù điêu nhựa composite, phù điêu nhựa composite hay tượng composite làm bằng nhựa tổng hợp với độ bền rất tốt được ứng dụng nhiều trong trang trí nội thất.
Trám răng thẩm mỹ bằng Composite hiện nay là một giải pháp làm đẹp cũng như bảo vệ răng tránh khỏi việc tái phát của các bệnh lý răng miệng. Vật liệu trám răng Composite có màu sắc như răng thật, độ nén chịu lực và chịu sự mài mòn cao, an toàn đối với cơ thể giúp cải thiện tính thẩm mỹ cũng như ngăn ngừa các hư tổn của răng.
Tóm lại, Vật liệu composite là loại vật liệu được tổng hợp từ hai hay nhiều thành phần có tính chất khác nhau để tạo ra một vật liệu mới với những đặc tính vượt trội. Cấu trúc đặc biệt của composite đem lại nhiều ưu điểm như độ bền cao, khả năng chịu va đập tốt, khả năng chống ăn mòn tốt, độ cứng và độ dẻo dai tốt, và khối lượng nhẹ.
