Chắc hẳn bạn đã nghe nói rằng vật liệu composite là vật liệu của tương lai, bởi nó được tích hợp rất nhiều kiến thức khoa học công nghệ hiện đại trong đó.
Tuy nhiên, vật liệu Composite cũng đã xuất hiện từ rất lâu trước khi con người bắt đầu xây dựng các cấu trúc để ở và sinh sống.
Vậy Composite là gì?
Bài viết này sẽ giải đáp chi tiết cho bạn mọi điều về vật liệu composite.
Vật liệu Composite là gì?
Vật liệu composite (hay còn gọi là vật liệu phức hợp, vật liệu tổ hợp, vật liệu tổ hợp) là vật liệu được Composite bởi hai hay nhiều vật liệu có tính chất lý hóa khác nhau, tính chất và công dụng của chúng sẽ vượt trội hơn rất nhiều so với vật liệu ban đầu.
Con người đã sử dụng vật liệu Composite từ rất lâu trước đây. Khi con người biết trộn những viên sỏi nhỏ vào lòng đất để làm gạch. Hoặc trộn bùn với rơm băm nhỏ để làm tường v.v. Có thể bạn không để ý, nhưng bê tông là một loại vật liệu composite, và chúng rất phổ biến.
Khoa học về composite đã có từ lâu nhưng phải đến những năm 1950, công nghệ chế tạo tên lửa (Mỹ) mới xuất hiện. Kể từ đó, khoa học và công nghệ của vật liệu này đã được phát triển trên toàn thế giới với tên gọi “vật liệu Composite”.
Cấu trúc và tính chất của vật liệu composite
cấu trúc Composite
Vật liệu composite thường bao gồm hai thành phần chính: cốt thép và nền.
- Vật liệu gia cố (reinforced material): Tiếng Anh là Fiber. Thành phần này truyền đạt các tính chất vật lý và cơ học cần thiết, chẳng hạn như độ bền và độ cứng, cho hỗn hợp. Về cơ bản, có hai loại cốt thép: cốt sợi (ngắn hoặc dài) như sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi acramic… và cốt gia cường dạng hạt, như hạt kim loại, hạt đất sét, bột gỗ, bột đá… .
- Substrate (tiếng Anh là Matrix): Đây là vật liệu pha có chức năng đảm bảo cho các thành phần lõi bên trong vật liệu composite liên kết với nhau để tạo thành một tổng thể vật liệu composite thống nhất. Chất nền có thể là polyme (polyester, PE, PP, PVC, epoxy, cao su…), kim loại nóng chảy, gốm sứ (xi măng…).
thuộc tính Composite
Thuộc tính vật liệu cốt lõi
- Hoạt động như một điểm tập trung căng thẳng.
- Hóa học môi trường và khả năng chịu nhiệt độ.
- Phân tán tốt vào chất nền.
- Dễ chế biến.
- Truyền nhiệt và làm mát tốt.
- Môi trường thân thiện.
Thuộc tính vật liệu nền
- Là một chất kết dính và môi trường phân tán.
- Khi có ngoại lực tác dụng, ứng suất được chuyển sang giai đoạn gia cố.
- Bảo vệ quân tiếp viện khỏi thiệt hại từ sự xâm lược của môi trường.
- Độ dẻo dai (khả năng chống lại sự phát triển của vết nứt).
- Ngoài ra, nó còn có các tính chất cần thiết khác như: cách điện, dẻo dai, màu sắc…
Nhựa có phải là vật liệu Composite không?
Đó là một khái niệm khó hiểu. Có nhiều loại nhựa Composite là vật liệu composite, nhưng không phải tất cả các loại nhựa đều là vật liệu composite.
Trên thực tế, hầu hết nhựa—loại được sử dụng để làm đồ chơi, chai nước và các vật dụng thông thường khác—không phải là vật liệu Composite. Chúng là nhựa nguyên chất.
Các loại nhựa polyme như polyeste, vinyl este, epoxies hoặc nhựa phenolic cũng thường chỉ là nhựa không Composite.
Những loại vật liệu composite phổ biến hiện nay?
Ứng Dụng Sợi Thủy Tinh Trong Vật Liệu Composite
Một số vật liệu composite phổ biến hiện nay bao gồm:
- Vật liệu Composite gốm sứ : Gốm sứ phân tán trong một ma trận gốm sứ. Chúng tốt hơn gốm sứ thông thường vì chúng có khả năng chống sốc nhiệt và gãy xương
- Vật liệu Composite kim loại : sự kết hợp giữa kim loại và nhựa Composite
- Bê tông cốt thép : Bê tông được gia cố bằng vật liệu có độ bền kéo cao như thanh thép
- Bê tông cốt sợi thủy tinh : Bê tông được đúc theo cấu trúc sợi thủy tinh có hàm lượng zirconia cao.
- Bê tông mờ : Bê tông bọc trong sợi quang
- Gỗ kỹ thuật : Sự kết hợp của gỗ nhân tạo với các vật liệu rẻ tiền khác như ván dăm và các vật liệu đặc biệt như veneer (phát âm là veneer) cũng có thể được tìm thấy trong vật liệu Composite.
- Ván ép : Gỗ kỹ thuật được làm bằng cách dán nhiều lớp gỗ mỏng ở các góc khác nhau lại với nhau.
- Tre kỹ thuật : Các dải sợi tre liên kết với nhau để tạo thành các tấm ván. Nó là một vật liệu composite hữu ích vì nó có độ bền nén, kéo và uốn cao hơn gỗ
- Vật liệu thép composite : dùng để sản xuất nhà khung thép, nhà container, độ bền cao hơn nhiều so với thép truyền thống.
- Vật liệu Composite gỗ-nhựa : sợi gỗ hoặc bột đúc nhựa
- Sợi thủy tinh : Sợi thủy tinh tương đối rẻ và linh hoạt khi kết hợp với nhựa
- Polyme gia cường bằng sợi carbon : Sợi carbon được bọc trong một loại nhựa có tỷ lệ cường độ trên trọng lượng cao.
- Giấy tráng nhựa : Giấy tráng nhựa để tăng độ bền. Đối với các bộ bài nâng cao, chúng tôi chơi
Ưu nhược điểm của vật liệu composite
Hãy cùng xem xét những ưu và nhược điểm của vật liệu Composite để hiểu tại sao nó là một trong những vật liệu của tương lai.
Ưu điểm của vật liệu composite
Vật liệu composite có nhiều ưu điểm:
- Trọng lượng nhẹ và độ bền cơ học cao
- Độ cứng và độ bền kéo tốt.
- Chống chịu thời tiết cao, chống lão hóa, chống tia cực tím
- Cách điện và cách nhiệt tốt
- Khả năng chống ăn mòn và hóa chất cao với mức bảo trì thấp và không cần lớp phủ chống ăn mòn.
- Dễ tạo hình, sơn sửa, thay thế và sửa chữa.
- Chi phí đầu tư và chi phí bảo trì thiết bị sản xuất không quá cao.
- Tuổi thọ cao (thời gian sử dụng gấp khoảng 2-3 lần so với kim loại và gỗ).
Bất lợi toàn diện
Bên cạnh những ưu điểm của vật liệu composite, chúng ta cũng cần hiểu rõ những nhược điểm của loại vật liệu này để áp dụng cho đúng:
- Khi một sản phẩm bị hư hỏng hoặc bị loại bỏ trong quá trình sản xuất, rất khó để tái chế nó. (Khi bê tông bị loại bỏ, nó sẽ trở thành rác và không thể tái chế)
- Chi phí nguyên vật liệu tương đối cao.
- Phương pháp gia công tốn nhiều thời gian.
- Phân tích cơ học, vật lý và hóa học của các mẫu vật phức tạp.
- Chất lượng của vật liệu phụ thuộc phần lớn vào trình độ của người thợ.
Ứng dụng thực tế của vật liệu composite trong cuộc sống hàng ngày
Vật liệu composite được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực để tạo ra các sản phẩm phục vụ đời sống và sản xuất như:
- vỏ động cơ tên lửa
- Đạn tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ
- bình cao áp.
- Đường ống nước sạch, nước thô, nước nguồn composite (hay còn gọi là đường ống FRP)
- Đá nhân tạo composite hay còn gọi là vật liệu solid surface là vật liệu trang trí nội thất được sử dụng rộng rãi trong gia đình để làm mặt bàn bếp.
- Ống dẫn nước thải, ống dẫn hóa chất composite, ống tưới tiêu, ống nước nguồn đi qua vùng ngập mặn, nhiễm phèn
- Bạt che bồn, container, bàn ghế, trang trí nội thất, tấm composite
- Hệ thống thoát nước thải nhà cao tầng
- Sứ cách điện, sứ polyme, sứ silicon, sứ epoxy và sứ chuỗi khác, sứ hỗ trợ, sứ cầu, sứ cho bộ thiết bị điện hoàn chỉnh, thiết bị chống sét, cầu chì
- Lốp ô tô, xe máy, xe đạp
- thân tàu
- sọt rác công cộng
- Vật liệu được sử dụng để sửa chữa và nâng cấp các tòa nhà dân dụng và công nghiệp, chẳng hạn như sợi carbon và sợi thủy tinh, để tăng cường cấu trúc bến tàu
- Tranh phù điêu nhựa Composite, phù điêu nhựa Composite hay tượng nhựa Composite làm từ nhựa Composite có độ bền cao được sử dụng rộng rãi để trang trí nội thất.
- Trám răng thẩm mỹ bằng vật liệu composite hiện là giải pháp làm đẹp răng và ngăn ngừa tái phát các bệnh lý răng miệng. Vật liệu trám composite có màu sắc giống như răng thật, độ bền chịu nén và mài mòn cao, an toàn với cơ thể, giúp nâng cao tính thẩm mỹ và ngăn ngừa tổn thương răng.
Tóm tắt
Bây giờ bạn đã biết vật liệu composite là gì và tại sao chúng phổ biến trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Mặc dù nó chỉ mới phát triển lên một tầm cao mới, nhưng tổ tiên xa xưa của chúng ta đã sử dụng nó rất nhiều.
Hãy cho chúng tôi biết trong phần bình luận bên dưới nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về vật liệu Composite.
