Vật liệu composite là gì? Ứng dụng của Composite trong sản xuất

Với những đặc tính hấp dẫn, vật liệu composite có rất nhiều ứng dụng. Đây là loại vật liệu thay thế được nhiều vật liệu khác như: kim loại, gỗ, gốm sứ,… Vậy thành phần cấu tạo, đặc tính và ứng của của vật liệu này là gì? Cùng Takumi Safety tìm hiểu nhé!

1. Vật liệu composite là gì?

– Vật liệu composite còn được gọi ngắn là composite hoặc vật liệu compozit, vật liệu tổng hợp. Đây là nguyên vật liệu được tổng hợp từ hai hoặc nhiều vật liệu khác nhau để tạo ra một loại vật liệu mới với tính chất và công dụng tương tự hoặc vượt trội hơn vật liệu ban đầu.

– Nguyên vật liệu tổng hợp đã xuất hiện từ lâu khi con người biết trộn sỏi, đất trong xây dựng. Hoặc bùn và rơm để gia cố vách nhà chắc chắn,… Nhưng khoa học nghiên cứu vật liệu này chỉ mới xuất hiện ở những năm 50.

2. Cấu tạo và tính chất của vật liệu composite

a. Cấu tạo

– Compostie thực ra là một loại nhựa tổng hợp nhưng nó khác hẳn những loại nhựa trên thị trường. Bởi chúng kế thừa nhiều đặc tính khác nhau từ nhiều loại vật liệu. Cấu tạo vật liệu composite thường bao gồm hai phần chính: Vật liệu nền và vật liệu gia cường.
+ Vật liệu nền còn được gọi là pha nhựa có chức năng bảo đẩm những thành phần cốt bên trong composite được liên kết chặc chẽ với nhau để tạo thành khối thống nhất. Vật liệu nền có thể là polymer(polyeste, PE, PVC, PE, Cao su, Epoxy,…), kim loại, ceramic,…
+ Vật liệu gia cường (phần cốt): Đây là thành phần tạo thêm những ưu điểm cơ lý tính của vật liệu. Ngày nay, có hai dạng chính:
• Cốt sợi ngắn hoặc cốt sợi dài như: sợi thủy tinh, sợi cellulose, sợi carbon, sợi acylic,…
• Hạt như hạt kim loại, hạt đất sét, bột gỗ, bột đá hoặc các hình dạng đặc biệt khác.

b. Tính chất của các thành phần

Vật liệu nền :

– Là chất kết dính và đảm bảo môi trường phân tán.
– Truyển ứng suất sang pha gia cường khi có ngoại lực tác động vào.
– Bảo vệ pha gia cường không bị ảnh hưởng, hư hỏng do môi trường xung quanh.
– Bảo đảm tránh hình thành và phát triển vết nứt bởi độ dẻo dai của vật liệu.
– Ngoài ra vật liệu nền còn có những tính chất khác như: dẻo, cách điện, màu sắc,…

Vật liệu gia cường (phần cốt):
– Là điểm chịu ứng xuất tập trung.
– Kháng hóa chất môi trường và nhiệt độ.
– Phân tán lực tốt vào vật liệu nền.
– Truyền nhiệt và giải nhiệt tốt.
– Thân thiện với môi trường tự nhiên.
– Hạ giá thành nhưng đem lại tính chất vượt trội hơn.

3. Ưu và nhược điểm của vật liệu composite

Ưu điểm

– Trọng lượng nhẹ hơn những vật liệu khác nhưng khả năng chống chịu và chống va đập tốt, có thể uốn, kéo dễ dàng hơn so với vật liệu thủy tinh, gốm sứ, gỗ,…
– Độ bền của composite cao chịu đựng được những tác động của môi trường bên ngoài, chống ăn mòn do hóa chất, tránh oxi hóa.
– Chi phí đầu tư thấp: bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, chi phí thấp. Không mất phí sơn phủ một lớp bên ngoài như kim loại hoặc gỗ, chi phí bảo quản thấp.
– Cách điện, cách nhiệt tốt, chống cháy, chống lạnh hiệu quả, không độc hại khi sử dụng.
– Không thấm nước, không độc hại, hạn sử dụng lâu dài, chịu được nhiều yếu tố thời tiết khác nhau và những tia tử ngoại.
– Gia công chế tạo đơn giản, nhanh, đa dạng, dễ tạo hình, dễ thay đổi và sửa chữa dễ dàng.
– Vật liệu composite mang đến màu sắc đa dạng, bền màu, không bị phai màu.
– Giá thành cạnh tranh so với nhiều loại vật liệu khác.

Nhược điểm của composite

Vật liệu composite cũng có những hạn chế riêng.
– Khó tái chế hay sử dụng nếu bị hư hỏng nặng hoặc trở thành phế phẩm.
– Phương pháp gia công hiện nay tương đối mất nhiều thời gian.
– Khó phân tích tính chất cơ, lý, hóa của vật liệu.
– Hơn nữa trình độ công nhân là một trong những yếu tố quyết định chất lượng của vật liệu.
– Nguyên liệu nhập thô có giá thành cao mặc dù thành phẩm giá thành thấp.

Bên cạnh những ưu điểm vượt trội, composite cũng có một số hạn chế. Dưới đây là một số hạn chế của composite.
– Đây là vật liệu khó tái chế hay tái sử dụng nếu xuất hiện tình trạng hư hỏng nặng hoặc là phế phẩm.
– Phương pháp gia công hiện nay tương đối mất nhiều thời gian.
– Mẫu vật khó phân tích cơ, lý, hóa.
– Đặc biệt, trình độ công nhân là một trong những yếu tố quan trọng quyết định chất lượng.
– Mặc dù thành phẩm thấp nhưng nguyên liệu nhập thô lại có giá tương đối cao.

Phân loại vật liệu composite phổ biến hiện nay.

a. Phân loại theo hình dạng

– Composite cốt sợi: vật liệu tăng cường có dạng sợi. Chất độn giúp vật liệu tăng cường khả năng chống chịu cho vật liệu nền.

– Composite cốt hạt: vật liệu tăng cường có dạng hạt. Các tiểu phân hạt dạng đột có vai trò phần tán vào polymer. Điển hình composite dạng hạt là bê tông.

– Composite cốt hạt và sợi: tiêu biểu cho loại vật liệu này là bê tông cốt thép. Xi măng sẽ là vật liệu nền, cát, đá là cốt hạt và thanh thép là cốt sợi.

b. Phân loại theo bản chất

– Composite bản chất có nền kim loại: là sự kết hợp nhiều kim loại như: titan, hợp kim nhôm,… Cùng với đó là sợi kim loại, sợi khoáng.

– Composite bản chất nền khoáng: sợi kim loại, hạt kim loại, hạt gốm. Vật liệu composite nền khoáng có thể chịu nhiệt độ tối đa từ 600-1000°C.

– Composite bản chất nền hữu cơ: nền như cao su, nhựa, nhựa đường, giấy,… sự kết hợp giữa nhiều sợi hữu cơ khác nhau và sợi kim loại, sợi khoáng. Nhiệt độ tối đa có thể chịu đựng từ 200-300°C

4. Ứng dụng của Composite

Hiện nay, Vật liệu composite được ứng dụng trong nhiều ngành công nghệ và sản xuất:

– Ống dẫn nước sạch, nước thô (ống nhựa cốt sợi thủy tinh).

– Ống xử lý nước thải, dẫn hóa chất composite.

– Ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngậm mặn, nhiễm phèn.

– Vỏ bọc các nhiều loại bồn, bể, mặt bàn, ghế, thùng hàng, trang trí nội thất, panell.

– Hệ thống ống thoát rác nhà cao tầng.

– Hệ thống cách điện, các loại sứ, chuỗi, sứ cầu giao, sứ trong các bộ thiết bị điện, chống sét, cầu chì.

– Công nghệ sản xuất lốp xe.

– Công nghệ sản xuất vỏ tàu, thuyền với vật liệu composite.

– Ứng dụng trong giày bảo hộ mũi composite.

– Thùng rác công cộng.

– Mô hình đồ chơi trẻ em.

– Vỏ động cơ tên lửa.

– Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ.

– Bình chịu áp lực cao.

– Ống dẫn xăng dầu composite cao cấp 3 lớp.