Chất liệu Composite là gì? Cấu tạo và ứng dụng của Composite hiện nay

Với những đặc điểm vượt trội, chất liệu composite được ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp xây dựng và sản xuất hàng tiêu dùng. Đây là vật liệu của tương lai, bởi nó có thể thay thế hầu hết các vật liệu truyền thống bao gồm: kim loại, gỗ, đồ gốm, đồ sứ… Vậy chất liệu composite là gì? Cấu tạo chất liệu thế nào? Và được ứng dụng ra sao? Hãy cùng Vua Nệm tìm hiểu nhé!

1. Chất liệu composite là gì?

Chất liệu composite hay còn được gọi là chất liệu compozit hay vật liệu tổng hợp. Đây là một vật liệu được tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo thành một vật liệu mới. Mang tính chất và ưu điểm vượt trội hơn hẳn vật liệu ban đầu. Tuy nhiên, kỹ thuật và tỷ lệ pha trộn giữa các nguyên liệu phải phù hợp để chất liệu composite đạt chất lượng như mong muốn. 

Chất liệu composite điển hình là nhựa gia cường sợi, được làm từ một loại nhựa có độ độ kết dính cao nhưng khả năng chịu tải kém. Bên cạnh đó, nhựa gia cường dễ kéo sợi nhưng khó liên kết chúng lại với nhau.

Thực tế cho thấy, trước đây chất liệu composite đã được con người sử dụng từ rất lâu. Khi con người biết trộn đá vào đất để làm gạch hay trộn bùn và rơm rạ để làm vách nhà. Tuy các vật liệu còn thô sơ nhưng vẫn mạng lại một số hiệu quả nhất định. Mặc dù vậy nhưng ngành công nghiệp về chất liệu composite chỉ mới hình thành vào những năm 50, khi công nghệ chế tạo tên liệu của Mỹ ra đời. Từ thời điểm đó, khoa học công nghệ về chất liệu composite phát triển trên toàn thế giới.

2. Đặc điểm cấu tạo và tính chất của chất liệu composite

2.1 Cấu tạo

Composite là một loại nhựa tổng hợp. Nhưng nó khác hẳn hẳn các loại nhựa khác trên thị trường. Do được tạo ra bằng cách kết hợp nhiều nguyên vật liệu lại với nhau, nên chất liệu composite mang nhiều ưu điểm vượt trội. Thông thường vật liệu này gồm hai thành phần chính: vật liệu nền và vật liệu gia cường.

• Vật liệu nền (Matrix): hay còn gọi là pha nhựa có chức năng đảm bảo các phân tử bên trong composite liên kết bền chặt tạo thành một khối thống nhất. Vật liệu nền gồm các polymer ( polyester, nhựa PE, PVC, PP cao su…), kim loại hay ceramic (xi măng…).
• Vật liệu gia cường ( vật liệu cốt): Về cơ bản, Thành phần này giúp composite có các đặc điểm cơ lý tính cần thiết như độ bền và độ cứng. Thông thường, có hai loại vật liệu cốt gồm dạng cốt sợi dài ngắn khác nhau như sợi cacbon, sợi  thủy tinh, sợi acramic và dạng cốt hạt như hạt kim loại, hạt đất sét, bột gỗ … 

2.2 Tính chất của các thành phần

Vật liệu nền:

• Là chất liên kết bền chặt giữa các phân tử composite.
• Bền dẻo dai, hạn chế xuất hiện vết nứt.
• Bảo vệ pha gia cường khỏi sự oxy hóa từ môi trường.
• Truyền ứng suất tập trung sang pha gia cường khi có ngoại lực tác dụng.
• Ngoài ra, vật liệu nền có khả năng cách điện, bền và giữ được màu sắc ban đầu…

Vật liệu gia cường:

• Đảm bảo sự kiên cố, chịu ứng suất tập trung từ môi trường.
• Khả năng kháng hóa chất và nhiệt độ từ môi trường.
• Dẫn nhiệt và phân tán nhiệt tốt
• Dễ dàng gia công
• Thân thiện với môi trường.

3. Ưu và nhược điểm của chất liệu composite

3.1 Ưu Điểm

Được coi là một trong những vật liệu của tương lai, vật liệu composite có khá nhiều ưu điểm:

• Khối lượng tương đối nhẹ, độ bền cơ học cao.
• Độ cứng, khả năng kéo sợi và uốn dẻo tốt.
• Dễ tạo màu, gia công và sửa chữa.
• Có khả năng chống tia UV, chịu đựng thời tiết cao, chống nhiệt, chịu lạnh, chống cháy…
• Không thấm nước, không gây hại.
• Khả năng kháng hóa chất và ăn mòn tốt, không cần phủ sơn chống ăn mòn, tiết kiệm chi phí bảo dưỡng.
• Chi phí đầu tư ban đầu và chi phí bảo dưỡng không quá cao.
• Thời gian sử dụng tương đối cao, gấp 2-3 lần so với các vật liệu kim loại hay gỗ truyền thống.

3.2 Nhược điểm

Bên cạnh những ưu điểm vượt trội, chất liệu composite vẫn tồn tại những nhược điểm cần lưu ý để ứng dụng sao cho phù hợp:

• Gặp nhiều khó khăn trong việc tái chế, tái sử khi bị hư hỏng hoặc phế phẩm trong quá trình sản xuất.
• Giá thành vật liệu thô để sản xuất composite tương đối cao.
• Phương pháp gia công mất nhiều thời gian.
• Phân tích tính cơ, lý, hóa học của mẫu vật phức tạp.
• Chất lượng vật liệu phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật của công nhân.

4. Một số chất loại composite phổ biến 

Có nhiều loại vật liệu composite hiện nay như:

• Composite kim loại ( Metal composite): bao gồm một kim loại kết hợp với một loại nhựa tổng hợp.
• Bê tông cốt thép (Reinforced concrete): Bê tông được gia cố bằng vật liệu có khả năng chịu kéo cao thông thường là cốt thép.
• Bê tông cốt sợi thủy tinh (Glass fibre reinforced concrete): Bê tông được để theo cấu trúc sợi thủy tinh với hàm lượng zirconia cao. Thành phần chính bao gồm cát sạch, nước, xi măng, cốt liệu tinh chế và đặc biệt là sợi thủy tinh kháng kiềm. Sợi thủy tinh có khả năng loại bỏ được tính kiềm của xi măng từ đó làm nền tảng xi măng cứng cáp và bền vững.
• Bê tông mờ (Translucent concrete): Bê tông mờ có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau thường sử dụng trong xây tường hoặc cột nhà. Bên cạnh đó, nó cho phép ánh sáng xuyên qua đến 80% trong khi vẫn duy trì độ cứng, khả năng chống nén của một số loại bê tông thông thường. 
• Tre kỹ thuật (Engineered bamboo): Đây là vật liệu có nhiều ứng dụng trong thực tế bởi độ bền, dễ, nén, kéo và uốn cao hơn gỗ tương đối dễ sử dụng và giá thành không quá cao.
• Sợi thủy tinh (Fibreglass) : Là một dạng chất dẻo rất mỏng và nhẹ được tạo thành từ phản ứng gia nhiệt Silicat hay tái chế thủy tinh ở nhiệt độ cao từ 1500 – 1700 độ C và được kéo thành sợi. Sợi thủy tinh dạng chất dẻo được sử dụng nhiều trong ngành sản xuất vật liệu.
• Thép composite ( Steel composite): Được sử dụng rộng rãi để làm khung thép xây nhà và nhà container với độ cứng cáp và bền hơn rất nhiều so với thép truyền thống.
• Gỗ nhựa composite ( Wood-plastic composite): Sợi gỗ được tổng hợp với một số loại nhựa, sản phẩm cho ra có độ và sự dẻo dai cao
• Giấy tráng nhựa ( Plastic coated paper): Giấy thông thường được phủ một lớp nhựa bên ngoài có khả năng kháng nước, độ bền cơ học cao hơn các loại giấy thông thường.

5. Chất liệu composite có phải là nhựa không?

Đây là một trong những khái niệm dễ nhầm lẫn. Trên thực tế, có nhiều loại nhựa tổng hợp là vật liệu composite nhưng không phải tất cả các loại nhựa đều là vật liệu composite.

Hầu hết các loại nhựa làm chai nước, đồ chơi lắp ráp không phải là vật liệu composite. Chúng là nhựa nguyên chất.

Các loại polyme như polyester, vinylester, phenolic cũng là nhựa không phải composite.

6. Ứng dụng thực tế của composite trong đời sống

• Vỏ động cơ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ.
• Ống dẫn nước sinh hoạt, nước nguồn composite còn gọi là ống nhựa cốt thủy tinh.
• Ống dẫn hóa chất, xử lý chất thải composite.
• Hệ thống ống thoát rác của nhà cao tầng.
• Tráng mặt bàn ghế, vỏ bọc bồn rửa tay, bồn tắm, các sản phẩm trang trí nội thất.
• Vỏ tàu thuyền composite.
• Lốp xe máy, ô tô.
• Tranh phù điêu chất liệu composite.
• Hệ thống cách điện, sứ polymer, sứ silicon và các loại sứ chuỗi, sứ cầu giao cho đến các thiết bị điện chống sét, cầu chì.
• Trám răng thẩm mỹ, chất liệu composite có thể điều chỉnh màu sắc phù hợp với răng thật, có độ bền cao, chịu lực nén tốt, chống ăn mòn và đặc biệt an toàn với sức khỏe.

Qua bài viết chắc hẳn các bạn đã hiểu lý do vì sao chất liệu composite lại được ứng dụng rộng rãi trong sinh hoạt và đời sống. Bởi mang nhiều đặc điểm vượt trội. Hãy cân nhắc, từng trường hợp mà ứng dụng chất liệu composite sao cho phù hợp với mục đích của bạn.

>>>Đọc thêm: Chất liệu Foam là gì? Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng Foam trong đời sống, sản xuất