Vật liệu composite, còn gọi là Vật liệu tổ hợp, Vật liệu compozit,hay composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo nên vật liệu mới có tính chất vượt trội hơn hẳn so với các vật liệu ban đầu, khi những vật liệu này làm việc riêng rẽ.[1]
Những vật liệu tổng hợp đơn giản đã có từ rất xa xưa. Khoảng 5000 năm trước công nguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để tránh bị cong vênh khi phơi nắng, điển hình về compozit chính là hợp chất được dùng để ướp xác của người Ai Cập.
Bạn đang đọc: Vật liệu composite – Wikipedia tiếng Việt
Chính vạn vật thiên nhiên đã tạo ra cấu trúc composite thứ nhất, đó là thân cây gỗ, có cấu trúc composite, gồm nhiều sợi xenlulo dài được liên kết với nhau bằng Lignin. Kết quả của sự link hài hoà ấy là thân cây vừa bền và dẻo – một cấu trúc composite lý tưởng .Người Hy Lạp cổ cũng đã biết lấy mật ong trộn với đất, đá, cát sỏi làm vật liệu thiết kế xây dựng ; và ở Nước Ta, thời xưa truyền lại cách làm nhà bằng bùn trộn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khi khô tạo ra lớp vật liệu cứng, mát về mùa hè và ấm vào mùa đông …Mặc dù composite là vật liệu đã có từ lâu, nhưng ngành khoa học về vật liệu composite chỉ mới hình thành gắn với sự Open trong công nghệ tiên tiến sản xuất tên lửa ở Mỹ từ những năm 1950. Từ đó đến nay, khoa học công nghệ tiên tiến vật liệu composite đã tăng trưởng trên toàn quốc tế và có khi thuật ngữ ” vật liệu mới ” đồng nghĩa tương quan với ” vật liệu composite ” .
Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bổ trong một pha liên tục duy nhất. ( Pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu trúc của vật liệu tổng hợp. ) Pha liên tục gọi là vật liệu nền ( matrix ), thường làm trách nhiệm link những pha gián đoạn lại. Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường ( reinforcement ) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước …
Vật liệu cốt, hay còn gọi là vật liệu gia cường, có vai trò bảo vệ cho composite có được những đặc tính cơ học thiết yếu. Về cơ bản có hai kiểu vật liệu cốt là dạng cốt sợi ( ngắn hoặc dài ) và dạng cốt hạt .Nhóm sợi khoáng chất : sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm ; nhóm sợi tổng hợp không thay đổi nhiệt : sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil. Các nhóm sợi khác ít thông dụng hơn : sợi gốc thực vật ( gỗ, xenlulô ) : giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơ dừa, … ; sợi gốc khoáng chất : sợi Amiăng, sợi Silic, … ; sợi nhựa tổng hợp : sợi polyeste ( tergal, dacron, térylène, .. ), sợi polyamit, … ; sợi sắt kẽm kim loại : thép, đồng, nhôm, …
Sợi thủy tinh, được kéo ra từ những loại thủy tinh kéo sợi được ( thủy tinh dệt ), có đường kính nhỏ vài chục micro mét. Khi đó những sợi này sẽ mất những điểm yếu kém của thủy tinh khối, như : giòn, dễ nứt gãy, mà trở nên có nhiều ưu điểm cơ học hơn. Thành phần của thủy tinh dệt hoàn toàn có thể chứa thêm những khoáng chất như : silic, nhôm, magiê, … tạo ra những loại sợi thủy tinh khác nhau như : sợi thủy tinh E ( dẫn điện tốt ), sợi thủy tinh D ( cách điện tốt ), sợi thủy tinh A ( hàm lượng kiềm cao ), sợi thủy tinh C ( độ bền hóa cao ), sợi thủy tinh R và sợi thủy tinh S ( độ bền cơ học cao ). Loại thủy tinh E là loại phổ cập, những loại khác thường ít ( chiếm 1 % ) được sử dụng trong những ứng dụng riêng không liên quan gì đến nhau .
Các loại sợi hữu cơ phổ cập :
Sợi cacbon chính là sợi graphit ( than chì ), có cấu trúc tinh thể mặt phẳng, tạo thành những lớp link với nhau, nhưng cách nhau khoảng chừng 3,35 A °. Các nguyên tử cacbon link với nhau, trong một mặt phẳng, thành mạng tinh thể hình lục lăng, với khoảng cách giữa những nguyên tử trong mỗi lớp là 1,42 A °. Sợi cacbon có cơ tính tương đối cao, có loại gần tương tự với sợi thủy tinh, lại có năng lực chịu nhiệt cực tốt .
Sợi Bor hay Bore ( ký hiệu hóa học là B ), là một dạng sợi gốm thu được nhờ giải pháp kết tủa. Sản phẩm thương mại của loại sợi này hoàn toàn có thể ở những dạng : dây sợi dài gồm nhiều sợi nhỏ song song, băng đã tẩm thấm dùng để quấn ống, vải đồng phương .
Sợi Carbide Silic ( công thức hóa học là : SiC ) cũng là một loại sợi gốm thu được nhờ kết tủa .
Cốt vải là tổ hợp thành mặt phẳng ( tấm ), của vật liệu cốt sợi, được triển khai bằng công nghệ tiên tiến dệt. Các kỹ thuật dệt vải truyền thống cuội nguồn thường hay dùng là : kiểu dệt lụa trơn, kiểu dệt xa tanh, kiểu dệt vân chéo, kiểu dệt vải mô đun cao, kiểu dệt đồng phương. Kiểu dệt là cách đan sợi, hay còn gọi là kiểu chéo sợi. Kỹ thuật dệt hạng sang còn có những kiểu dệt đa phương như : bện, tết và kiểu dệt thể tích tạo nên vải đa phương .
Vật liệu nền có vai trò bảo vệ cho những thành phần cốt của composite link với nhau nhằm mục đích tạo ra tính nguyên khối và thống nhất cho composite. Có những dạng vật liệu nền điển hình như nền hữu cơ ( nền nhựa ), nền sắt kẽm kim loại, nền khoáng, nền gốm
Chất liệu nền polyme nhiệt rắn[sửa|sửa mã nguồn]
Nhựa polyeste và nhóm nhựa cô đặc như : nhựa phenol, nhựa furan, nhựa amin, nhựa epoxy. Nhựa epoxy được sử dụng nhiều ( sau polyeste không no ) trong công nghiệp composite. Do những đặc tính cơ học cao của nhựa epoxy, người ta sử dụng nó để tạo ra những composite có độ bền cao dùng cho ngành sản xuất máy bay, tàu thiên hà, tên lửa v.v… Nhựa epoxy có những đặc tính cơ học như kéo, nén, uốn, va đập và từ biến … hơn polyeste .
Nền của vật liệu là nhựa nhiệt dẻo như : PVC, nhựa polyetylen, nhựa polypropylen, nhựa polyamit, …
Nền cacbon có tính cơ lý tương tự như như sợi cacbon, bảo vệ tính chịu nhiệt độ cao cho composite cacbon-cacbon và khai thác triệt để ưu điểm những sợi cacbon trong vật liệu composite. Picocacbon : là loại vật liệu giống hệt đa tinh thể có độ bền nhiệt và bền hố rất tốt, một dạng cấu trúc chuyển tiếp của cacbon. Thủy tinh cacbon : là mẫu sản phẩm cảu quy trình giải quyết và xử lý nhiệt những polyme lưới, có sự đóng rắn không thuận nghịch khi nung nóng. Thủy tinh cacbon có nhiều ưu điểm : đẳng hướng, có tính không thấm khí, cứng, bền cơ lý hố .
Vật liệu tổng hợp nền sắt kẽm kim loại có modun đàn hồi rất cao hoàn toàn có thể lên tới 110 GPa. Do đó yên cầu chất gia cường cũng có modun cao. Các sắt kẽm kim loại được sử dụng nhiều là : nhôm, niken, đồng .
Xem bài Polyme compozit
Đây là vật liệu nền cacbon cốt sợi cacbon .
Gỗ tổng hợp ( WPC – wood plastic composite ) là một loại vật liệu tổng hợp được ép tạo hình từ bột gỗ và nhựa, ngoài những nó còn được phối trộn thêm những chất phụ gia như chất tạo màu, chất không thay đổi, chất gia cường, chất chống cháy .
Tổng hợp nền sắt kẽm kim loại hay nền khoáng chất hoàn toàn có thể chịu nhiệt độ tối đa khoảng chừng 600 ÷ 1.000 °C ( nền gốm tới 1.000 °C ) .
Sợi là loại vật liệu có một chiều kích cỡ ( gọi là chiều dài ) lớn hơn rất nhiều so với hai chiều size khoảng trống còn lại. Theo hai chiều kia chúng phân bổ gián đoạn trong vật liệu composite, còn theo chiều dài thì chúng hoàn toàn có thể ở dạng liên tục hay gián đoạn. Ta thường thấy những loại vật liệu cốt sợi này gắn liền với từ composite trong tên gọi. Các loại sản phẩm composite gia dụng thường là được sản xuất từ loại vật liệu composite cốt sợi, trên nền nhựa là đa phần .
Hạt là loại vật liệu gián đoạn, khác sợi là không có kích cỡ ưu tiên. Loại vật liệu composite cốt hạt phổ cập nhất chính là bê tông, thường lại được gọi ngắn gọn chỉ là bê tông, nên ta thường thấy cái được gọi là composite lại là vật liệu composite cốt sợi .
Vật liệu tổng hợp cốt hạt và sợi
[sửa|sửa mã nguồn]
Bê tông là một loại tổng hợp ( hay compozit ) nền khoáng chất [ 2 ]. Khi bê tông tích hợp với cốt thép tạo nên bê tông cốt thép, thì đá tự tạo tạo thành từ xi-măng là vật liệu nền, những cốt liệu bê tông là cát vàng và đá dăm thì là cốt hạt, còn cốt thép trong bê tông là cốt sợi .
Vật liệu compozit-Cơ học và tính toán kết cấu của Trần Ích Thịnh, chương 1 Giới thiệu về vật liệu compozit, vật liệu compozit-định nghĩa, trang 9.
Vật liệu compozit-Cơ học và tính toán kết cấu của Trần Ích Thịnh, chương 1 Giới thiệu về vật liệu compozit, bảng 1.1 Một số vật liệu compozit, trang 10.
Source: https://suanha.org
Category: Vật Liệu