Vật liệu Composite là gì? 5+ Ứng Dụng Trong Đời Sống

Vật liệu composite là gì? – một khái niệm không còn xa lạ trong ngành công nghiệp hiện đại. Bằng sự kết hợp tinh tế giữa các thành phần khác nhau, composite không chỉ đáp ứng nhu cầu về tính thẩm mỹ mà còn mang lại độ bền vượt trội, đặc biệt trong lĩnh vực xây dựng và xử lý nước thải. Vậy tại sao composite lại có sức hút mãnh liệt đến vậy? Để hiểu rõ hơn, chúng ta cần tìm hiểu về cấu tạo, ưu nhược điểm cũng như những ứng dụng thực tế của nó trong đời sống hàng ngày.

Vật liệu Composite là gì ?

Vật liệu Composite (hay tên gọi khác là composite, vật liệu Compozit, vật liệu tổng hợp) là một nguyên vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau để tạo nên một vật liệu mới với tính chất và công dụng vượt trội, bền bỉ hơn so với các loại vật liệu ban đầu.

Composite gồm vật liệu nền và cốt. Vật liệu nền của Composite là Polyme, kim loại và hợp kim, carbon hoặc gốm. Vật liệu cốt của composite gồm các loại hạt ngắn, bột hoặc sợi cốt (sợi thuỷ tinh, sợi polyme, sợi gốm, sợi kim loại, sợi cacbon…) Vật liệu cốm giúp composite có độ đàn hồi và bền cơ học cao.

Composite được khám phá từ khi nào?

Vật liệu composite không phải là khái niệm mới mẻ. Cách đây khoảng 5000 năm, người Ai Cập đã sử dụng các loại hợp chất đặc biệt, coi là một dạng của composite, để ướp xác. Trong khi đó, người Hy Lạp cổ đại đã tận dụng mật ong kết hợp với đất, đá và cát để tạo ra vật liệu xây dựng. Tại Việt Nam, phương pháp trộn bùn với rơm để trát vách nhà cũng là một minh chứng cho việc sử dụng vật liệu tổng hợp.

Dù đã tồn tại từ lâu, nhưng composite chỉ thực sự trở thành một lĩnh vực nghiên cứu khoa học từ thập kỷ 1950, khi Mỹ áp dụng chúng trong công nghệ tên lửa. Thú vị hơn, thiên nhiên đã sáng tạo ra loại vật liệu composite trước cả khi con người nhận biết. Một ví dụ điển hình là thân cây gỗ. Những sợi xenlulo dài trong thân cây được kết nối chặt chẽ nhờ licnin, tạo nên đặc tính bền chắc cho cây. Điều này giúp thân cây không chỉ làm cho rừng xanh mướt mà còn là nguyên liệu quý giá để con người xây nhà và sản xuất nội thất.

Cấu tạo và đặc tính của Composite

Cấu tạo của Composite

Vật liệu composite gồm hai thành phần chính như sau:

• Vật liệu cốt (tiếng ang là Fiber): Tên gọi khác là vật liệu gia cường giúp vật liệu có thêm tính cơ tính. Hiện tại, có hai dạng chính gồm dạng cốt sợi ngắn hoặc dài như sợi thuỷ tinh, sợi carbon, sợi acrylic hoặc sợi cellulose… Loại còn lại là dạng cốt hạt như kim loại, bột gỗ, bột đá hoặc đất sét…
• Vật liệu nền: Tên gọi khác là pha nhựa với chức năng chính là giúp các thành phần với cốt bên trong của composite thêm liên kết với nhau. Từ đó, giúp tạo thành một tổng thể mang tính nguyên khối và thống nhất. Các vật liệu nền phổ biến gồm những chất liệu như polymer (polyester, PVC, cao su,PP…), các kim loại hoặc ceramic (xi măng).

Đặc tính của Composite

Đặc tính vật liệu cốt

• Khả năng chịu ứng suất cao
• Tính kháng hoá chất môi trường và nhiệt độ
• Khả năng phân tán tốt cho vật liệu nền
• Khả năng truyền và giải nhiệt tốt
• Quá trình thi công thuận lợi hơn
• Chất liệu thân thiện với môi trường

Đặc tính vật liệu nền

• Là chất kết dính tạo nên môi trường phân tán
• Khả năng truyền ứng suất sang dòng pha gia cường khi gặp ngoại lực bị tác dụng
• Bảo vệ tối đa vật liệu cốt trước sự tấn công của môi trường
• Độ bền và dẻo dai
• Ngoài ra, các tính chất cần thiết như cách điện, dẻo dai, màu sắc…

Ưu, nhược điểm của vật liệu Composite

Việc quyết định lựa chọn vật liệu composite có thể mang đến nhiều ưu điểm vượt trội nhưng bên cạnh đó, nó vẫn tồn tại những nhược điểm nhất định của loại vật liệu này như sau:

Ưu điểm của Composite

• Trọng lượng nhẹ hơn so với những vật liệu khác nhưng có khả năng uốn, kéo hơn so với thuỷ tinh hoặc gốm
• Độ bền cao, chịu được những tác động từ môi trường bên ngoài
• Khả năng chống ăn mòn từ hoá chất và hạn chế vật liệu bị oxy hoá
• Chi phí bảo quản thấp, không phải chi trả cho phí sơn các lớp ngoài như gỗ hoặc kim loại
• Đặc tính cách điện, cách nhiệt tốt
• Khả năng chống cháy, chống lại hiệu qủa cao sau khi sử dụng
• Không bị thấm nước, không độc hại, chống chịu được tác động từ tia tử ngoại
• Quá trình gia công đơn giản, dễ tạo thành các sản phẩm đa dạng khác nhau
• Dễ dàng vận chuyển, lắp đặt, bảo trì cũng như bảo dưỡng thuận lợi
• Gía thành cạnh tranh, thấp hơn so với nhiều vật liệu khác

Nhược điểm của composite

Bên cạnh những ưu điểm trên, vật liệu composite sở hữu một số hạn chế như sau:

• Đây là vật liệu khó tái chế hoặc tái sử dụng vì tồn tại tình trạng bị hư hỏng hoặc làm phế phẩm
• Gia công mất nhiều thời gian
• Vật liệu khó phân tích cơ, lý và hoá
• Mặc dù thành phẩm thấp nhưng nguyên liệu nhập thô có giá cao
• Chất lượng vật liệu phụ thuộc vào trình độ của công nhân kỹ thuật.

Phân loại vật liệu Composite

Dựa theo bản chất vật liệu nền cùng cốt hình thành vật liệu composite gồm:

Vật liệu Composite nền hữu cơ

Đây là những loại composite nền trắng (casctong), hoặc các composite nền nhựa, nhựa trắng, nền cao su (tấm hạt, tấm sợi, lốp ô tô xe máy…). Sau khi chọn được loại nền là bước quyết định đến loại composite, người ta sẽ chọn lựa kết hợp với dạng cốt liệu thích hợp như sợi hữu cơ (polyamit, kevlar-sợi aramit cơ tính cao…), sợi khoáng (carbon, thuỷ tinh…), sợi kim loại (bo, nhôm…). Sau khi thành sản phẩm composite để chế tạo thành nhiều sản phẩm khác nhau với tính chịu nhiệt tối đa từ 200 – 300 độ C.

Tổng hợp nền khoáng chất

Những vật liệu composite sử dụng nền khoáng chất dễ nhìn thấy như bê tông, bê tông cốt thép, composite nền gốm… Chúng thường được kết hợp cùng cốt dạng như sợi kim loại (No, thép…), hạt kim loại (chất gốm kim) hoặc hạt gốm (gốm Cacbua hoặc gốm Nito…).

Tổng hợp nền kim loại

Được lấy từ nền hợp kim titan, nền hợp kim nhôm… kết hợp cùng các cốt liệu như sợi kim loại (Bo), sợi khoáng (Cacbon, Sic… Tổng hợp nền kim loại cùng khoáng chất có thể chịu được nhiệt độ tối đa từ 600 – 1000 độ C (vật liệu nền gốm đạt nhiệt độ 1000 độ C).

Vật liệu tổng hợp cốt sợi

Sợi là vật liệu sở hữu chỉ một chiều kích thước (chiều dài) lớn hơn so với hai chiều kích thước không gian còn lại, cùng hai chiều kia được phân bổ tách đoạn trong vật liệu composite, chiều dài được sử dụng ở dạng liên tục hoặc bị gián đoạn trong từng trường hợp. Vật liệu cốt sợi được đánh giá là vật liệu quan trọng, thường được gắn với composite trong tên gọi với những sản phẩm composite dân dụng.

Vật liệu tổng hợp cốt hạt

Vật liệu tổng hợp cốt hạt và sợi

Ứng dụng của vật liệu Composite

Cùng sự phát triển của công nghệ hiện đại, vật liệu Composite nhanh chóng được đưa vào sử dụng trong nhiều lĩnh vực như sau:

Xem thêm : +TOP 28 Mẫu mái nhựa composite lấy sáng ngoài trời

• Sử dụng trong quá trình chế tạo vỏ động cơ tên lửa, tàu vũ trụ và máy bay
• Dùng trong nhiều loại ống dẫn nước sạch, nước thô, hoặc nước nguồn
• Dùng làm vật liệu chế tạo bình chứa trong hệ thống xử lý nước sinh hoạt
• Sử dụng cho việc làm vỏ bọc nhiều loại bồn chứa nước, thùng chứa hàng hoặc tấm panet composite
• Làm vật liệu để tạo các loại sứ cách điện, sứ polymer, sứ cầu giao, sứ silicon…
• Chế tạo các loại vỏ tàu thuyền
• Ứng dụng làm phù điêu, điêu khắc, nha khoa, nội thất…
• Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp

Có những loại vật liệu Composite phổ biến nào nhất hiện nay?

Một số loại vật liệu composite phổ biến nhất bao gồm:

• Gốm composite (Ceramic composite): Gốm được ưu tiên sử dụng bởi chúng có khả năng chống sốc nhiệt và chống gãy
• Composite kim loại (Meta composite): Kim loại kết hợp cùng nhựa tổng hợp
• Bê tông cốt thép (Reinforced concrete): Bê tông gia công từ vật liệu có cường độ chịu kéo cao
• Bê tông cốt sợi thuỷ tinh (Glass fibre reinforced concrete): Bê tông đổ theo cấu trúc sợi thuỷ tinh chứa hàm lượng zirconia cao
• Bê tông mờ (Translucent concrete): Bê tông bao bọc nhiều sợi quang
• Gỗ kỹ thuật (Engineered wood): Gỗ sản xuất cùng vật liệu rẻ như ván dăm hoặc vật liệu đặc biệt như veneer
• Ván ép (Plywood): Gỗ kỹ thuật bằng việc dán các lớp gỗ mỏng với nhau ở các góc độ khác nhau
• Thép composite (Steel composite): Ứng dụng để làm nhà khung thép hoặc nhà container với độ bền cao
• Gỗ nhựa composite (Wood-plastic composite): Sợi gỗ hoặc bột đúc làm từ nhựa
• Giấy tráng nhựa (Plastic coated paper): Giấy tráng nhựa giúp nâng cao độ bền và sử dụng trong các bộ bài cao cấp

Nhựa có phải là vật liệu composite hay không?

Đây là một trong những khái niệm dễ bị nhầm lẫn. Hiện nay có 2 loại nhựa tổng hợp là vật liệu composite nhưng không phải tất cả loại nhựa (plastic) đều là vật liệu composite.

Thực tế hầu hết đa dạng các loại nhựa (plastic) được sử dụng để làm đồ chơi, chai nước hoặc những thứ vật dụng quen thuộc khác nhưng lại không phải vật liệu composite. Nó là nhựa nguyên chất.

Nhựa polyme (Ví dụ như polyester, vinyl ester, phenolic)… là thành phần nhựa chứ không phải vật liệu composite.

Những thông tin trên đây về vật liệu composite là gì cùng ưu, nhược điểm nổi bật của sản phẩm hứa hẹn mang đến nhiều lợi ích cho bạn đọc để đáp ứng nhu cầu sử dụng trong mọi không gian thiết kế!