Vật liệu composite là gì? Ưu nhược điểm và ứng dụng của composite

Vật liệu composite là một loại vật liệu được tạo ra từ sự kết hợp của ít nhất hai thành phần khác nhau, thường là một pha liên tục và một hoặc nhiều pha gián đoạn. Sự kết hợp này giúp cải thiện tính cơ học và chức năng của vật liệu, làm cho nó phù hợp cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Mặc dù composite đã tồn tại từ xa xưa trong các hình dạng đơn giản, ngành khoa học và công nghệ về composite chưa được phát triển cho đến khi nó xuất hiện trong công nghệ sản xuất tên lửa ở Mỹ vào những năm 1950.

Trước đó, composite đã tồn tại trong thiên nhiên, ví dụ như trong cấu trúc của thân cây gỗ với sự kết hợp của các sợi xenlulo và licnin, giúp cây trở nên bền đẹp và hữu ích cho con người trong xây dựng và chế tạo nhiều sản phẩm có độ bền và độ đàn hồi cao.

Vật liệu composite là gì

Xem thêm >> Top 10 Công ty chuyên làm Mô hình composite uy tín 2023

Vật liệu composite là gì?

Vật liệu composite, còn được gọi là composite hoặc vật liệu tổng hợp, là một loại nguyên liệu được tạo ra bằng cách kết hợp hai hoặc nhiều loại vật liệu có tính chất vật lý và hóa học khác nhau. Loại vật liệu này được thiết kế để mang tính chất và các ứng dụng vượt trội hơn so với những vật liệu ban đầu.

Sử dụng vật liệu tổng hợp đã tồn tại trong lịch sử từ rất lâu. Ví dụ, con người đã biết cách kết hợp viên sỏi nhỏ với đất để tạo ra gạch, hoặc trộn bùn với rơm băm nhỏ để xây vách nhà. Một ví dụ phổ biến khác là bê tông, một loại vật liệu composite phổ biến mà chúng ta thường gặp trong cuộc sống hàng ngày.

Mặc dù việc sử dụng vật liệu composite đã tồn tại trong lịch sử, ngành khoa học và công nghệ về vật liệu composite chỉ thực sự phát triển mạnh mẽ sau khi công nghệ sản xuất tên lửa được phát triển vào những năm 1950 tại Mỹ. Từ đó, ngành này đã phát triển trên toàn thế giới và được gọi chung với tên “vật liệu composite”.

Lịch Sử Khám Phá Composite

Vật liệu composite đã xuất hiện từ rất lâu trong lịch sử con người, và nó có nguồn gốc từ các vật liệu tổng hợp đơn giản. Dưới đây là sự chỉnh sửa và mở rộng thông tin về lịch sử và khái niệm của composite:

Khám Phá Lịch Sử Composite:

Vật liệu composite đã được sáng tạo và ứng dụng từ xa xưa. Vào khoảng 5000 năm trước Công Nguyên, con người đã khám phá cách sử dụng các viên đá nhỏ kết hợp với đất để tạo gạch, nhằm ngăn chúng bị cong vênh khi tiếp xúc với nắng. Điển hình về composite là hợp chất mà người Ai Cập sử dụng để bảo quản các xác ướp.

Các dân tộc cổ đại như người Hy Lạp đã biết kết hợp mật ong với đất, đá, và cát để xây dựng các công trình kiến trúc. Ở Việt Nam, có truyền thống làm nhà bằng việc trộn bùn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà.

Tổng cộng, composite đã tồn tại trong lịch sử văn hóa và kỹ thuật của loài người từ rất lâu trước khi ngành khoa học chuyên sâu về nó ra đời.

Cấu tạo của vật liệu Composite

Cấu tạo của vật liệu composite bao gồm hai thành phần chính: vật liệu cốt và vật liệu nền.

Vật liệu cốt, hay còn gọi là vật liệu gia cường (tiếng Anh: Fiber), đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp các đặc tính cơ lý cần thiết cho composite, như sức mạnh và độ cứng. Có hai loại vật liệu cốt chính: dạng cốt sợi (có thể là sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi ceramica…) và dạng cốt hạt (bao gồm các hạt kim loại, hạt đất sét, bột đá hoặc bột gỗ).

Vật liệu nền (tiếng Anh: Matrix) là loại vật liệu pha, có nhiệm vụ liên kết và đảm bảo rằng các thành phần cốt bên trong composite được kết hợp với nhau một cách chặt chẽ, tạo ra tính nguyên khối và đồng nhất cho composite. Vật liệu nền có thể là polymer (như polyester, PE, PP, PVC, epoxy, cao su…), kim loại nấu chảy, hoặc các loại ceramic (như xi măng…).

Nói chung, mỗi vật liệu composite bao gồm một hoặc nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một pha liên tục duy nhất, trong đó:

Pha Liên Tục gọi là Vật Liệu Nền (Matrix) thường làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại với nhau.

Pha Gián Đoạn được gọi là Cốt hoặc Vật Liệu Gia Cường (Reinforcement), được trộn vào pha nền để cải thiện các tính chất cơ học, tính kết dính, chống mòn và chống xước của composite.

Thành Phần Cốt: Vật liệu cốt, hay còn gọi là vật liệu gia cường, đảm bảo cho composite có được các đặc tính cơ học cần thiết. Có hai loại vật liệu cốt cơ bản:

Dạng Cốt Sợi: Có thể là sợi ngắn hoặc dài.

Dạng Cốt Hạt: Bao gồm các hạt phân tán.

Các loại cốt bao gồm:

Sợi Khoáng Chất: Như sợi thủy tinh, sợi carbon, và sợi gốm.

Sợi Tổng Hợp Ổn Định Nhiệt: Như sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, và sợi Apyeil.

Sợi Gốc Thực Vật: Gồm các loại sợi từ gỗ, xenlulô, giấy, sợi đay, và sợi gai.

Sợi Gốc Khoáng Chất: Bao gồm sợi Amiăng và sợi Silic.

Sợi Nhựa Tổng Hợp: Như sợi polyester, sợi polyamit, và các loại khác.

Sợi Kim Loại: Gồm sợi thép, sợi đồng, và sợi nhôm.

Thành Phần Vật Liệu Nền: Vật liệu nền đảm bảo tính nguyên khối và thống nhất cho composite.

Các loại vật liệu composite nền bao gồm:

Nhựa Polyeste và Các Nhựa Cô Đặc Khác: Bao gồm nhựa phenol, nhựa furan, nhựa amin, và nhựa epoxy. Nhựa epoxy được sử dụng phổ biến trong công nghiệp composite do có đặc tính cơ học cao và khả năng chịu nhiệt tốt.

Nhựa Nhiệt Dẻo: Như PVC, polyethylene, polypropylene, polyamit, và các loại khác.

Nền Carbon: Có tính cơ lý tương tự sợi carbon, đảm bảo tính chịu nhiệt độ cao cho composite carbon-carbon.

Nền Kim Loại: Bao gồm nhôm, niken, và đồng.

Nền Gốc Khoáng Chất: Ví dụ như sợi Bor và sợi Carbide Silic.

Lưu Ý: Thành phần và cấu tạo cụ thể của composite có thể thay đổi tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể và yêu cầu kỹ thuật.

Composite Là Gì?

Các Đặc Tính Của vật liệu Composite:

Đặc Tính Của Vật Liệu Cốt:

Chịu Ứng Suất Tập Trung: Vật liệu cốt đóng vai trò quan trọng trong việc chịu ứng suất tập trung và giữ cho composite có khả năng chịu lực tốt.

Kháng Hoá Chất Và Nhiệt Độ: Nó có khả năng chống lại tác động của hoá chất môi trường và nhiệt độ cao, giúp bảo vệ composite khỏi sự biến đổi về cấu trúc và tính chất.

Phân Tán Tốt Trong Vật Liệu Nền: Vật liệu cốt phải có khả năng phân tán tốt vào vật liệu nền để đảm bảo sự đồng nhất và khả năng kết dính tốt.

Thuận Lợi Cho Quá Trình Gia Công: Đặc tính gia công của vật liệu cốt cần phải thuận lợi để dễ dàng tạo hình và sản xuất sản phẩm composite.

Truyền Nhiệt Và Giải Nhiệt Tốt: Vật liệu cốt cũng phải có khả năng truyền nhiệt và giải nhiệt tốt để đảm bảo hiệu suất ổn định trong các ứng dụng đòi hỏi kiểm soát nhiệt độ.

Thân Thiện Với Môi Trường: Đặc tính này đề cập đến khả năng tái sử dụng và xử lý môi trường của vật liệu cốt, giúp giảm thiểu tác động tiêu cực đối với môi trường.

Đặc Tính Của Vật Liệu Nền:

Chất Kết Dính Và Môi Trường Phân Tán: Vật liệu nền đóng vai trò chất kết dính và tạo môi trường phân tán cho các thành phần cốt, đảm bảo tính đồng nhất của composite.

Truyền Ứng Suất Sang Pha Gia Cường: Vật liệu nền truyền ứng suất từ phần gia cường khi có lực tác động, cung cấp khả năng chịu lực và đảm bảo tính kết dính.

Bảo Vệ Vật Liệu Cốt Khỏi Tác Động Môi Trường: Vật liệu nền có nhiệm vụ bảo vệ vật liệu cốt khỏi sự hủy hoại do tác động của môi trường xung quanh.

Bền Động (Chống Sự Phát Triển Của Vết Nứt): Đặc tính này đảm bảo rằng composite có khả năng chống lại sự phát triển của các vết nứt, tăng độ bền và tuổi thọ.

Đóng Góp Các Đặc Tính Khác Nhau: Ngoài ra, vật liệu nền còn đóng góp các tính chất khác nhau như cách điện, độ dẻo dai, và màu sắc cho composite.

Vật liệu composite không thấm nước

Phân Loại Vật Liệu Composite

Composite, là một loại vật liệu được tạo ra từ sự kết hợp của ít nhất hai thành phần khác nhau, có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau. Dưới đây là sự chỉnh sửa và mở rộng thông tin về phân loại của vật liệu composite:

Theo Loại Vật Liệu Nền và Cốt:

Vật Liệu Tổng Hợp Polyme: Đây là loại composite dựa trên các hợp chất hữu cơ, ví dụ như nhựa, và thường có khả năng chịu nhiệt thấp hơn (khoảng 200 ÷ 300 °C).

Vật Liệu Tổng Hợp Carbon-Carbon: Composite này có nền là carbon và cốt là sợi carbon, có khả năng chịu nhiệt cao.

Vật Liệu Tổng Hợp Gốm: Composite dựa trên các vật liệu gốm.

Vật Liệu Tổng Hợp Kim Loại: Loại composite này sử dụng các kim loại làm nền.

Vật Liệu Tổng Hợp Tạp Lai: Các composite tạp lai là sự kết hợp của nhiều loại vật liệu khác nhau.

Gỗ Tổng Hợp (WPC – Wood Plastic Composite): Composite này được tạo ra từ bột gỗ và nhựa, thường có sự phối trộn của các chất phụ gia.

Theo Hình Dạng Cốt Liệu:

Vật Liệu Tổng Hợp Cốt Sợi: Các composite cốt sợi chứa các sợi có một chiều kích thước lớn hơn hai chiều không gian khác, thường được kết hợp với nền là nhựa.

Vật Liệu Tổng Hợp Cốt Hạt: Composite cốt hạt sử dụng các hạt làm cốt, thường gặp trong trường hợp bê tông.

Vật Liệu Tổng Hợp Cốt Hạt và Sợi: Composite này kết hợp cả cốt hạt và cốt sợi, ví dụ như bê tông cốt thép.

Phân loại vật liệu composite có thể dựa trên nhiều yếu tố khác nhau, nhằm phù hợp với các ứng dụng và yêu cầu cụ thể trong công nghiệp và xây dựng.

Composite Là Gì?

Nhựa Có Phải Là Composite Hay Không?

Khái niệm này thường gây nhầm lẫn. Mặc dù có nhiều loại nhựa tổng hợp là vật liệu composite, nhưng không phải tất cả các loại nhựa (plastic) đều thuộc loại vật liệu composite.

Trong thực tế, hầu hết các loại nhựa (plastic) – chẳng hạn như nhựa được sử dụng để sản xuất đồ chơi, chai nước và các sản phẩm thông thường khác – không được coi là vật liệu composite. Chúng đơn giản là nhựa nguyên chất.

Nhựa polyme (như polyester, vinyl ester, epoxy hoặc phenolic) thường cũng không phải là vật liệu composite.

Các Loại Vật Liệu Composite Phổ Biến Hiện Nay:

Gốm Composite (Ceramic Composite): Gốm được trải ra trong một ma trận gốm khác. Chúng thường có khả năng chống sốc nhiệt và chống gãy hơn so với gốm sứ thông thường.

Composite Kim Loại (Metal Composite): Kết hợp giữa kim loại và nhựa tổng hợp.

Bê Tông Cốt Thép (Reinforced Concrete): Bê tông được gia cố bằng vật liệu có độ cứng và khả năng chịu kéo cao như thanh cốt thép.

Bê Tông Cốt Sợi Thủy Tinh (Glass Fibre Reinforced Concrete): Bê tông được tạo thành từ sợi thủy tinh với hàm lượng zirconia cao.

Bê Tông Mờ (Translucent Concrete): Bê tông kết hợp với sợi quang, cho phép ánh sáng xâm nhập vào bê tông.

Gỗ Kỹ Thuật (Engineered Wood): Gỗ được kết hợp với các vật liệu khác như ván dăm hoặc veneer.

Ván Ép (Plywood): Gỗ được làm bằng cách dán nhiều lớp gỗ mỏng lại với nhau ở các góc độ khác nhau.

Tre Kỹ Thuật (Engineered Bamboo): Dải sợi tre được kết hợp để tạo thành một tấm ván có độ bền cao hơn so với tre tự nhiên.

Thép Composite (Steel Composite): Sử dụng để làm nhà khung thép và nhà container, có độ bền cao hơn so với thép truyền thống.

Gỗ Nhựa Composite (Wood-Plastic Composite): Sợi gỗ hoặc bột gỗ kết hợp với nhựa tổng hợp.

Sợi Thủy Tinh (Fiberglass): Sợi thủy tinh kết hợp với nhựa, thường có tính linh hoạt và giá thành tương đối thấp.

Polyme Gia Cố Bằng Sợi Carbon (Carbon Fibre Reinforced Polymer): Sợi carbon được đặt trong nhựa, tạo ra vật liệu nhẹ và cường độ cao.

Giấy Tráng Nhựa (Plastic Coated Paper): Giấy được tráng lớp nhựa để tăng độ bền, thường được sử dụng trong các bộ bài cao cấp.

Ưu và Nhược Điểm Của Vật Liệu Composite

Hãy cùng xem xét ưu và nhược điểm của vật liệu composite để hiểu tại sao nó được coi là một trong những vật liệu của tương lai.

Ưu Điểm Của Vật Liệu Composite:

Khối Lượng Nhẹ và Độ Bền Cơ Học Cao: Composite kết hợp giữa khả năng mang khối lượng nhẹ và độ bền cơ học ấn tượng.

Độ Cứng Và Độ Kéo Tốt: Composite thường có độ cứng và khả năng chịu lực kéo tốt, làm cho nó phù hợp trong nhiều ứng dụng.

Khả Năng Chống Thời Tiết, Lão Hóa Và Tia UV Cao: Composite thường khá bền với điều kiện thời tiết khắc nghiệt, không bị lão hóa nhanh chóng và có khả năng chống tác động của tia tử ngoại.

Cách Điện Và Cách Nhiệt Tốt: Composite thường có khả năng cách điện và cách nhiệt tốt, làm cho nó thích hợp cho các ứng dụng cần kiểm soát nhiệt độ và điện.

Khả Năng Kháng Hóa Chất Và Kháng Ăn Mòn Cao: Composite có khả năng chống lại hóa chất và ăn mòn, không cần phải sơn phủ chống ăn mòn và có khả năng bảo quản tốt.

Dễ Tạo Hình, Tạo Màu, Thay Đổi Và Sửa Chữa: Composite cho phép tạo hình và tùy chỉnh dễ dàng, cũng như sửa chữa khi cần.

Chi Phí Trang Thiết Bị Sản Xuất Và Bảo Dưỡng Hợp Lý: Chi phí đầu tư vào trang thiết bị sản xuất và bảo dưỡng không quá cao so với các vật liệu khác.

Tuổi Thọ Sử Dụng Cao: Vật liệu composite có tuổi thọ sử dụng cao hơn so với kim loại và gỗ, kéo dài thời gian sử dụng sản phẩm.

Nhược Điểm Của Vật Liệu Composite:

Khó Tái Chế Và Tái Sử Dụng: Composite thường khó tái chế và tái sử dụng khi hỏng hoặc trở thành phế phẩm trong quá trình sản xuất.

Giá Thành Nguyên Liệu Thô Tương Đối Cao: Nguyên liệu thô cho composite có giá tương đối cao, làm tăng chi phí sản xuất.

Phương Pháp Gia Công Tốn Thời Gian: Quá trình gia công composite thường đòi hỏi thời gian và kỹ thuật chính xác.

Phức Tạp Trong Phân Tích Cơ, Lý, Hóa Tính Của Mẫu Vật: Để đảm bảo chất lượng, việc phân tích và kiểm tra các tính chất của composite có thể phức tạp.

Chất Lượng Vật Liệu Phụ Thuộc Nhiều Vào Trình Độ Công Nhân: Chất lượng của sản phẩm composite phụ thuộc nhiều vào trình độ và kỹ năng của công nhân sản xuất

Ứng Dụng Thực Tế Của Vật Liệu Composite Trong Đời Sống

Vật liệu composite đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực để tạo ra các sản phẩm phục vụ đời sống và sản xuất. Dưới đây là một số ví dụ:

Vỏ Động Cơ Tên Lửa: Composite được sử dụng trong việc chế tạo vỏ động cơ tên lửa, đảm bảo tính nhẹ và độ bền cơ học.

Vỏ Tên Lửa, Máy Bay, Tàu Vũ Trụ: Composite thường được sử dụng để làm vỏ tên lửa, máy bay, và tàu vũ trụ, giúp giảm trọng lượng và tăng hiệu suất.

Bình Chịu Áp Lực Cao: Các bình chứa chịu áp lực cao thường được làm từ composite với khả năng chịu áp lực và kháng hóa chất cao.

Ống Dẫn Nước: Ống dẫn nước sạch, nước thô và nước nguồn composite, hay còn gọi là ống nhựa cốt sợi thủy tinh, được sử dụng rộng rãi trong hệ thống cấp nước.

Đá Composite Nhân Tạo (Solid Surface): Loại vật liệu này thường được sử dụng trong làm mặt bếp gia đình và nội thất.
Ống Dẫn Nước Thải và Dẫn Hóa Chất: Composite cũng được sử dụng trong ống dẫn nước thải, ống dẫn hóa chất, và ống thủy nông.

Vỏ Bọc Các Loại Bồn Bể, Thùng Chứa Hàng: Composite thường được sử dụng để tạo vỏ bọc cho các loại bồn bể và thùng chứa hàng, cũng như mặt bàn ghế và trang trí nội thất.

Hệ Thống Ống Thoát Rác Nhà Cao Tầng: Composite được dùng để làm ống thoát rác trong các tòa nhà cao tầng.

Hệ Thống Sứ Cách Điện: Sứ composite, bao gồm sứ polymer, sứ silicon, và sứ epoxy, thường được sử dụng trong các thiết bị điện, cầu chì, và chống sét.

Lốp Xe: Composite được ứng dụng trong việc sản xuất lốp xe ô tô, xe máy, và xe đạp.

Vỏ Tàu Thuyền: Composite thường được sử dụng để làm vỏ tàu thuyền với tính nhẹ và độ bền.

Thùng Rác Công Cộng: Thùng rác công cộng thường được làm bằng composite với khả năng chống thời tiết và ăn mòn.

Vật Liệu Sửa Chữa Và Gia Cố Công Trình: Composite, chẳng hạn như sợi carbon và sợi thủy tinh, thường được sử dụng để gia cố các kết cấu công trình như cầu và cảng.

Tranh Phù Điêu Nhựa Composite (Tượng Composite): Tranh phù điêu nhựa composite hoặc tượng composite làm từ nhựa tổng hợp với độ bền cao thường được sử dụng trong trang trí nội thất và điểm nhấn nghệ thuật.

Trám Răng Thẩm Mỹ Bằng Composite: Trám răng

Hệ thống sứ cách điện, sứ polymer, sứ silicon, sứ epoxy và các loại sứ chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ trong các bộ thiết bị điện, cầu chì, và chống sét.

Lốp xe ô tô, xe máy và xe đạp.

Vỏ tàu thuyền composite (vỏ lãi).

Thùng rác công cộng.

Mô hình đồ chơi cho trẻ em và mô hình quảng cáo.

Vật liệu cải tạo nhà.

Giáp cho xe tăng, xe thiết giáp chở quân và các phương tiện chiến tranh khác.

Vỏ tầu thuyền được làm bằng vật liệu composite

Công Nghệ Chế Tạo vật liệu Composite

Công Nghệ Khuôn Tiếp Xúc:

Lăn Tay

Phun

Lát Máy

Công Nghệ Khuôn với Diaphragm Đàn Hồi:

Khuôn Chân Không

Khuôn Chân Không – Autoclave

Khuôn Ép Diaphragm

Công Nghệ Tẩm Áp Lực:

Tẩm Áp Lực Trong Điều Kiện Thường

Tẩm Áp Lực Trong Chân Không

Công Nghệ Dập Trong Khuôn:

Dập Trực Tiếp

Dập Đúc

Dập Ép Nóng

Công Nghệ Quấn:

Các Phương Pháp Công Nghệ

Máy Quấn

Công Nghệ Pultrusion:

Đây là quy trình LIÊN TỤC, tự động. Sản phẩm dạng PROFILE (thanh chữ U, chữ I) có tính chất vật lý và hóa học tốt, có khả năng thay thế vật liệu truyền thống như sắt thép, nhôm và gỗ trong nhiều ứng dụng. Tỉ lệ phế liệu thấp, và có khả năng lựa chọn loại nhựa, vật liệu gia cường, cường độ lao động, và giá thành khuôn có thể điều chỉnh trong khoảng rộng.

Địa Chỉ Sản Xuất và Lắp Đặt Vật Liệu Composite Uy Tín

DHB Design tự hào là một trong những đơn vị hàng đầu trên thị trường sản xuất và lắp đặt các sản phẩm từ vật liệu composite uy tín.

Tại DHB Design, chúng tôi có đội ngũ thiết kế, kỹ thuật, và công nhân giàu kinh nghiệm. Tất cả thành viên đều được đào tạo chuyên nghiệp với tay nghề cao cấp.

Chúng tôi đầu tư vào hệ thống trang thiết bị, máy móc, và công nghệ hiện đại, tiên tiến nhất để cam kết 100% chất lượng sản phẩm. Chúng tôi đảm bảo cung cấp hàng chính hãng và cho phép khách hàng kiểm tra trực tiếp sản phẩm trước khi nhập hàng. Nếu phát hiện hàng giả hoặc hàng nhái, chúng tôi hoàn tiền đầy đủ.

DHB Design cung cấp một loạt các mẫu mã, kiểu dáng, và chủng loại sản phẩm đa dạng để đáp ứng mọi nhu cầu đa dạng của khách hàng. Chúng tôi cũng cung cấp dịch vụ vận chuyển và lắp đặt chuyên nghiệp.

Hãy liên hệ ngay với chúng tôi để nhận báo giá cạnh tranh nhất trên thị trường và được tư vấn tận tâm.

5/5 - (1 bình chọn)

Trả lời