Chất liệu Composite là gì ?

1. ĐỊNH NGHĨA.

Vật liệu (VL) composite là vật liệu tổ hợp (mức độ vĩ mô) của hai hay nhiều vật liệu thành phần nhằm tạo ra vật liệu mới có tính chất trội hơn tính chất của từng vật liệu thành phần.

Ví dụ:
Sợi thủy tinh (bền, giòn) + nhựa polyester (kháng hóa chất, cứng giòn) = composite (bền, kháng hóa chất, dẻo dai).
Phân loại :
Theo hình dạng vật liệu gia cường thì có hai loại chủ yếu: sợi và hạt.
Theo bản chất vật liệu nền thì có: nền hữu cơ, kim loại, và nền gốm.

2. LỊCH SỬ

Những vật liệu compozit 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. Và điền hình về compozit chính là hợp chất được dùng để ướp xác của người Ai Cập.

Chính thiên nhiên đã tạo ra cấu trúc composite trước tiên, đó là thân cây gỗ, có cấu trúc composite, gồm nhiều sợixenlulo dài được kết nối với nhau bằng licnin. Kết quả của sự liên kết 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 xây dựng. Và ở Việt Nam, ngày 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 xuất hiện trong công nghệ chế tạo tên lửa ở Mỹ từ những năm 1950. Từ đó đến nay, khoa học công nghệ vật liệu composite đã phát triển trên toàn thế giới và có khi thuật ngữ “vật liệu mới” đồng nghĩa với “vật liệu composite”.

3. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT.

3.1. THÀNH PHẦN.

Vật liệu composite thường gồm hai thành phần chính: VL nền và VL gia cường.
VL nền bao gồm: polymer (polyester, PE, PP, PVC, Epoxy, cao su…), kim loại, ceramic(xi măng…)
VL gia cường: 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.

Vai trò và tính chất của các VL 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

-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.

3.2. TÍNH CHẤT CHUNG CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE.

– Khối lượng riêng bé do vậy tính năng cơ lý riêng cao hơn thép và các VL truyền thống khác (thủy tinh, gốm, gỗ..) rất nhiều.
– Chịu môi trường, kháng hóa chất cao, không tốn kém trong bảo quản và chống ăn mòn, không cần sơn bảo quản như VL kim loại , gỗ…
– Cách điện và cách nhiệt tốt.
– Bền lâu hơn (thời gian sử dụng kéo dài.)
– Gia công chế tạo đơn giản, nhanh, đa dạng, dễ tạo hình, thay đổi và sửa chữa dễ.
– Chi phí đầu tư thấp.
– Giá thành không cao mà tính chất vượt trội.

4. ỨNG DỤNG.

Từ các tính chất hấp dẫn của nó mà VL composite có rất nhiều ứng dụng. Vật liệu composite là vật liệu của ngày mai, nó đang thay thế dần hầu hết các loại vật liệu truyền thống: kim loại, gỗ, gốm sứ….

Một số sản phẩm từ vật liệu composite

Đồ trang trí nội thất

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).

Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite (hay còn gọi là ống nhựa cốt sợi thủy tinh);

Ống dẫn nước thải, dẫn hóa chất composite;

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;