Vật liệu composite là gì? Thành phần cấu tạo và ứng dụng của nó?

Vật liệu composite là một loại vật liệu được tạo ra bằng cách kết hợp hai hoặc nhiều thành phần khác nhau lại với nhau để tạo ra một vật liệu mới có tính chất và hiệu suất vượt trội so với các thành phần riêng lẻ. Thành phần cấu tạo của vật liệu composite bao gồm hai phần chính: ma trận (matrix) và sợi cường độ (reinforcement).

1. Ma trận (Matrix): Ma trận là phần liên kết và bao quanh các sợi cường độ trong vật liệu composite. Ma trận thường là một vật liệu polymer, như nhựa epoxy, polyester, vinylester, hoặc các hợp chất polymer khác. Ma trận có vai trò bảo vệ và giữ các sợi cường độ ở trong vị trí cố định, đồng thời chịu trách nhiệm chống lại nhiệt độ, áp suất, và tác động hóa học.

2. Sợi Cường Độ (Reinforcement): Sợi cường độ là thành phần có tính cường độ và cứng vững cao. Sợi này thường được làm từ các vật liệu như thủy tinh, carbon, aramid (ví dụ: Kevlar), hoặc các sợi tự nhiên như sợi gỗ. Sợi cường độ giúp vật liệu composite có khả năng chịu tải cao và cung cấp cường độ cơ học.

Ứng dụng của vật liệu composite: Vật liệu composite có nhiều ứng dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:

1. Ngành hàng không và không gian: Composite được sử dụng trong sản xuất các bộ phận máy bay như thân máy bay, cánh máy bay, và đuôi máy bay để giảm trọng lượng và tăng hiệu suất nhiên liệu.
2. Ngành ô tô: Composite được sử dụng để sản xuất các bộ phận xe hơi như vỏ xe, nắp cốp, và các phần khung để giảm trọng lượng và cải thiện hiệu suất nhiên liệu.
3. Ngành hàng hải: Trong ngành công nghiệp tàu thuyền, composite được sử dụng để sản xuất các phần thân tàu và cấu trúc để tạo ra tàu nhẹ hơn và chống ăn mòn tốt hơn.
4. Thể thao và giải trí: Composite được sử dụng trong việc sản xuất các sản phẩm thể thao như vợt, gậy đánh golf, và ván lướt sóng để cải thiện tính năng và trọng lượng của sản phẩm.
5. Ngành y tế: Vật liệu composite có ứng dụng trong ngành y tế, ví dụ như việc sản xuất các sản phẩm như bộ phận thay thế cơ thể (implant) và đệm cho việc chăm sóc sức khỏe.
6. Xây dựng: Composite cũng có thể được sử dụng trong xây dựng, ví dụ như trong các ứng dụng cách nhiệt và cấu trúc nhẹ.

Ứng dụng của vật liệu composite phụ thuộc vào loại ma trận và sợi cường độ được sử dụng, từ đó tạo ra tính chất đặc thù phù hợp với từng mục đích sử dụng.

Với những tính chất hấp dẫn của vật liệu composite mà nó có rất nhiều ứng dụng. Đây chính là vật liệu của tương lai, nó đang thay thế dần hầu hết các loại vật liệu truyền thống: kim loại, gỗ, gốm sứ,… Vậy đây là loại vật liệu gì? Nó có thành phần cấu tạo như thế nào? Và ứng dụng ra sao?

Vật liệu composite là gì?

Vật liệu composite hay còn có tên gọi khác là composite, vật việu compozit, vật liệu tổng hợp. Đây là một loại nguyên vật liệu được tổng hợp từ 2 hay nhiều vật liệu khác nhau tạo thành một loại vật liệu mới. Mang đặc thù và những hiệu quả tiêu biểu vượt trội hơn hẳn so với những vật liệu bắt đầu .
Những vật liệu tổng hợp đã được con người sử dụng từ rất lâu trước đây. Khi con người biết trộn những viên sỏi nhỏ vào đất để làm gạch. Hay trộn bùn với rơm băm nhỏ để làm vách nhà, … Mặc dù vậy nhưng ngành khoa học về vật liệu composite chỉ mới hình thành khi Open công nghệ tiên tiến sản xuất tên lửa ( Mỹ ) ở những năm 50. Từ đó đến nay khoa học công nghệ tiên tiến của loại vật liệu này đã tăng trưởng trên toàn quốc tế với tên gọi “ vật liệu composite ” .

Cấu tạo và tính chất của vật liệu composite

Cấu tạo

Composite thực chất là một loại nhựa tổng hợp. Nhưng nó khác hẳn các loại nhựa khác trên thị trường hiện nay.  Bởi nó có thể có nhiều đặc tính khác nhau của rất nhiều các vật liệu khác. Vật liệu composite thường gồm hai thành phần chính: Vật liệu nền và vật liệu gia cường.

• Vật liệu nền hay còn gọi là pha nhựa có chức năng đảm bảo các thành phần cốt bên trong composite được liên kết với nhau nhằm tạo ra tính nguyên khối và thống nhất cho composite. vật liệu nền bao gồm polymer (polyester, PE, PP, PVC, Epoxy, cao su…), kim loại, ceramic (xi măng…).
• Vật liệu gia cường (phần cốt): Thành phần này giúp composite có các đặc điểm cơ lý tính cần thiết. Về cơ bản có hai kiểu vật liệu cốt là dạng cốt sợi (ngắn hoặc dài) và dạng cốt hạt. Vật liệu gia cường gồm các loại sợi (thủy tinh, cellulose, cacbon, acramic…), hạt (hạt kim loại, hạt đất sét, bột gỗ, bột đá…), hoặc các hình dạng đặc biệt khác.

Tính chất của các thành phần

Vật liệu nền :

• Là chất kết dính và tạo môi trường phân tán.
• Truyền ứng suất sang pha gia cường khi có ngoại lực tác dụng.
• Bảo vệ pha gia cường không bị hư hỏng do tấn công của môi trường.
• Bền dẻo dai (chống lại sự phát triển của vết nứt).
• Ngoài ra còn đóng góp các tính chất cần thiết khác như: cách điện, độ dẻo dai, màu sắc….

Vật liệu gia cường (phần cốt):

• Đóng vai trò là điểm chịu ứng suất tập trung.
• Tính kháng hóa chất môi trường và nhiệt độ.
• Phân tán tốt vào VL nền.
• Thuận lợi cho quá trình gia công.
• Truyền nhiệt và giải nhiệt tốt.
• Thân thiện với môi trường.
• Hạ thấp giá thành mà đem lai tính chất vượt trội.

Lợi ích và ứng dụng của vật liệu composite

Lợi ích (đặc trưng)

• Nhẹ nhưng cứng vững, chịu va đập, uốn, kéo,… Tốt hơn các vật liệu truyền thống khác (thủy tinh, gốm, gỗ..) rất nhiều.
• Độ bền cao: Chịu môi trường, kháng hóa chất cao, không tốn kém trong bảo quản và chống ăn mòn, không cần sơn bảo quản như các loại vật liệu kim loại, gỗ…
• Cách điện và cách nhiệt tốt.
• Chịu nhiệt, chịu lạnh, chống cháy,…
• Không thấm nước, không độc hại.
• Thời gian sử dụng lâu hơn (thời gian sử dụng kéo dài). Chịu thời tiết, chống tia tử ngoại, chống lão hoá nên rất bền.
• Gia công chế tạo đơn giản, nhanh, đa dạng, dễ tạo hình, thay đổi và sửa chữa dễ.
• Chi phí đầu tư thấp: Bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, chi phí thấp.
• Màu sắc đa dạng, đẹp bền vì được pha ngay trong nguyên liệu.
• Giá thành thấp mà tính chất vượt trội. Thiết kế, tạo dáng thuận lợi, đa dạng, có nhiều công nghệ để lựa chọn.

Một số ứng dụng trong đời sống và sản xuất

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

• Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite (hay còn gọi là ống nhựa cốt sợi thủy tinh);
• Ống dẫn xử lý nước
• Ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngậm mặn, nhiễm phèn;
• Vỏ bọc các loại bồn bể, thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, trang trí nội thất, tấm panell composite;
• Hệ thống ống thoát rác nhà cao tầng;
• Hệ thống sứ cách điện, sứ polymer, sứ cilicon, 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 tầu thuyền 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 (Sử dụng công nghệ cuốn ướt của Nga và các tiêu chuấn sản xuất ống dẫn xăng, dầu).

Có thể bạn chưa biết?

Vật liệu composite lúc bấy giờ được ứng dụng rất nhiều trong những cột lọc composite của mạng lưới hệ thống máy lọc nước tổng. Theo đó, những dây chuyền sản xuất lọc nước sẽ có độ bền cao. Đảm bảo bảo đảm an toàn tuyệt đối cho người sử dụng .

Hiện tại, trên thị trường hiện nay có rất nhiều các nhãn hàng đang bán các hệ thống lọc nước được làm từ vật liệu composite. Trong đó, Sunny-Eco là một thương hiệu đi đầu. Với đa dạng và đủ mọi kích thước. Hệ thống lọc nước công suất lớn SunnyEco luôn đảm bảo rằng nước sau khi lọc của gia đình bạn sẽ có thể loại bỏ hết các cặn bẩn. Đồng thời cũng loại bỏ được các vi sinh vật, virus, kim loại nặng có trong nước. Đảm bảo nguồn nước sạch và an toàn nhất cho người sử dụng.

Công nghệ sản xuất thời nay đang tăng trưởng ngày càng nhanh. Kèm theo đó là những nhu yếu về những nguyên vật liệu cũng ngày càng được đề cao hơn. Với nhu yếu về độ khó, tinh xảo ngày càng cao cùng độ tinh xảo của hiện tại và thời đại công nghệ tiên tiến. Chắc chắn Composite là vật liệu tạo nên những loại sản phẩm vừa lòng nhất .

>> Xem thêm :

Source: https://suanha.org
Category: Vật Liệu