Vật liệu Composite là gì? Thành phần, ứng dụng và cấu tạo

Vật liệu Composite ngày nay không chỉ được sử dụng rất rộng rãi mà còn được xem như một loại vật liệu của tương lai, có thể dần thay thế công dụng của nhôm, sắt, thép,… Tuy vậy, không phải ai cũng biết vật liệu Composite là gì. Bài viết dưới đây sẽ giúp khách hàng làm rõ khái niệm, cấu tạo cùng với ưu, nhược điểm và ứng dụng của vật liệu Composite.

Vật liệu composite là gì?

Composite hay vật liệu Compozit được tổng hợp từ 2 hoặc nhiều nguyên liệu khác nhau tạo thành. Vật liệu tổng hợp này mang những tính chất, công dụng vượt trội, khắc phục được nhược điểm của những nguyên liệu gốc ban đầu.
Mặc dù tên gọi Composite chỉ được chính thức đặt tên vào năm 1950, nhưng trước đó, người ta đã biết tự tạo nên những vật liệu tổng hợp cơ bản để phục vụ đời sống. Việc trộn bùn, đất, đá, cát,… vào nhau để tạo một loại vật liệu bền, cứng đã được nhiều nơi trên thế giới áp dụng từ rất lâu. 
Từ khoảng 5000 năm trước Công nguyên, người Ai Cập đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất sét để gạch được đúc không bị cong, vênh. Còn tại nước ta, người dân đã truyền tai nhau phương pháp trộn rơm vào đất sét, sau đó dùng loại đất này để đắp lên tường nhà, vừa giúp kết cấu nhà cứng cáp, vừa giúp điều hòa nhiệt độ. Ngày nay, vật liệu Composite được cải tiến và đa dạng hơn rất nhiều, nhưng về bản chất thì đây vẫn là một loại vật liệu được kết hợp từ nhiều loại thành phần.

Vách nhà trộn từ rơm và đất sét

Vật liệu Composite là vật liệu được tạo thành từ những thành phần nào? 

Vật liệu Composite bao gồm hai thành phần chính: Vật liệu cốt và vật liệu nền. 

Vật liệu cốt là gì?

Vật liệu cốt, vật liệu nền hay pha gián đoạn là thành phần giúp thực hiện các chức năng cơ học như tăng độ bền, tính kết dính, chống mòn,… Vật liệu cốt có 2 dạng chính là cốt sợi (ngắn hoặc dài) và cốt hạt. Một số loại vật liệu được sử dụng bao gồm:

• Nhóm khoáng chất: thủy tinh, carbon, gốm,…
• Nhóm chất tổng hợp ổn định nhiệt: Kermel, Nomex, Kynol,…
• Các loại sợi từ thực vật: sợi giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, xơ dừa,…
• Nhóm khoáng chất: Amiăng, sợi Silic,…
• Nhóm nhựa tổng hợp: Polyester, Polyamide,…
• Nhóm kim loại: thép, đồng, nhôm,…

Các loại vật liệu cốt này khi ở dạng hạt thì sẽ được trộn đều cùng với vật liệu nền. Còn khi ở dạng sợi, các vật liệu ấy sẽ được dệt lại theo nhiều kỹ thuật khác nhau.

Vật liệu nền là gì?

Vật liệu nền còn được gọi là pha liên tục, có chức năng liên kết các vật liệu cốt lại với nhau. Các loại vật liệu bao gồm:

• Nền hữu cơ: giấy, bột gỗ, thủy tinh,…
• Nền nhựa:  các Polymer như nhựa PVC, Polyester, Epoxy,…
• Nền kim loại: Niken, nhôm, đồng, sắt…
• Nền khoáng chất: gốm, bê tông,…

Cấu tạo của vật liệu composite

Đặc tính vật liệu Composite

Đặc tính vật liệu cốt

• Giúp chịu đựng áp lực lên bề mặt vật liệu.
• Có khả năng kháng hóa chất, môi trường và nhiệt độ khắc nghiệt.
• Phân tán đồng đều vào vật liệu nền, tạo nên kết cấu bền vững.
• Hỗ trợ quá trình gia công thuận lợi.
• Có khả năng truyền nhiệt, giải nhiệt tốt.
• Giá thành tương đối thấp.

Đặc tính vật liệu nền

• Đóng vai trò kết dính các vật liệu cốt.
• Truyền ứng suất sang vật liệu cốt khi có ngoại lực tác động.
• Bảo vệ vật liệu cốt không bị ăn mòn, hư hỏng.
• Tạo độ dẻo dai, chống nứt, vỡ.
• Hỗ trợ khả năng cách điện, giúp tạo màu cho vật liệu,…

Chất liệu nhựa có phải Composite không?

Như đã đề cập ở trên, Composite là một loại vật liệu được pha trộn từ nhiều chất. Còn nhựa là một hợp chất cao phân tử được tổng hợp từ phản ứng hóa học thông qua các nhóm cacbonat (-O-(C=O)-O-).
Nhựa có thể đóng vai trò là vật liệu nền trong vật liệu Composite. Tuy nhiên, chỉ có nhựa thì không thể gọi là vật liệu Composite mà bắt buộc phải pha các chất độn (vật liệu cốt) vào.

Cấu tạo phân tử của nhựa PVC

Các loại vật liệu Composite phổ biến hiện nay

Tên của vật liệu Composite được dựa vào vật liệu nền, bao gồm các loại Composite nền nhựa, nền cao su, nền kim loại,… Tùy theo mục đích sử dụng mà người ta sẽ chọn lựa thành phần cốt thích hợp. Một số vật liệu Composite phổ biến hiện nay là:

• Composite nền khoáng chất: Điển hình chính là bê tông, bê tông cốt thép. Chất nền bê tông chính là xi-măng từ đá nhân tạo, phần cốt hạt chính là các loại đá, cát, sỏi,… Còn với bê tông cốt thép, vật liệu tăng cường chính là sợi thép, tạo nên độ cứng vượt trội so với bê tông thông thường. Ngoài ra còn có Composite nền gốm, trộn với các vật liệu cốt dạng sợi/hạt kim loại,…
• Composite nền kim loại: Là vật liệu nền hợp kim nhôm, đồng,… trộn với các cốt sợi của kim loại hoặc các sợi khoáng như Carbon, SiC,…
• Composite nền nhựa: Bao gồm phần vật liệu nền là các loại nhựa như PVC, PP, PE, ABS,… trộn với các sợi/hạt thủy tinh, gốm,…

Các loại Composite nền khoáng chất và kim loại có khả năng chịu nhiệt lên đến 1000℃. Trong khi đó, các Composite nền nhựa chỉ có khả năng chịu nhiệt khoảng từ 200℃ đến 300℃, bù lại các vật liệu này có tính dẻo dai, bền, đẹp.

Bê tông cốt thép – một loại vật liệu Composite thông dụng

Ưu nhược điểm của vật liệu composite

Ưu điểm của vật liệu composite

• Có tính linh hoạt cao: dễ dàng thay đổi cấu trúc hình học, thành phần nguyên liệu, tỷ lệ các chất,… để tạo ra một loại vật liệu Composite phù hợp với nhu cầu sử dụng.
• Tùy vào sự kết hợp giữa các thành phần mà có thể đạt được những ưu điểm vượt trội hơn hẳn như: khối lượng riêng nhỏ, khả năng uốn dẻo tốt nhưng lại có độ bền, độ cứng cao (các loại bánh xe tải); khả năng cách điện và cách nhiệt tốt, có thể chống tia UV, chống trầy xước (các tấm nhựa thông minh); khả năng chịu đựng thời tiết, không ăn mòn, độ cứng cao (bê tông cốt thép).
• Dễ chế tạo, gia công, tạo màu,…
• Có thể sửa chữa dễ dàng, chi phí bảo dưỡng thấp.
• Đa số các chất liệu đều có tuổi thọ cao.

Nhược điểm của vật liệu composite

Mặc dù vật liệu Composite có nhiều ưu điểm, giúp khắc phục một số hạn chế của vật liệu gốc, nhưng loại chất liệu này cũng có nhiều mặt hạn chế. Cụ thể:

• Khó tái chế: Do bản chất được kết hợp từ nhiều thành phần nên phế phẩm của vật liệu Composite rất khó để tái chế.
• Phương pháp gia công mất nhiều thời gian và công sức.
• Việc phân tích công thức kết hợp về thành phần, tỷ lệ của vật liệu nền và vật liệu cốt khá phức tạp, đòi hỏi người công nhân có trình độ cao.

Ứng dụng của vật liệu Composite trong thực tế

Vỏ động cơ tên lửa chính là ứng dụng đầu tiên của vật liệu Composite. Vào năm 1950, khi loại vật liệu này được nghiên cứu để làm vỏ động cơ tên lửa tại Mỹ thì cũng là lúc mà cái tên “vật liệu Composite” ra đời. Ngày nay, chất liệu này được ứng dụng rất nhiều để làm các sản phẩm phục vụ cho đời sống:

• Ống dẫn xăng, dầu, nước thải, hóa chất,…
• Ống dẫn nước sạch, nước nguồn.
• Mặt bàn, ghế; đồ trang trí nội thất; tấm làm mát, lấy sáng; tấm nhựa thông minh;…
• Lốp xe.
• Vỏ tàu, thuyền, máy bay,…
• Thùng rác.
• Mô hình đồ chơi.
• Vỏ bọc các loại bồn, bể, hồ cá,…
• Cần chì, cầu giao và các linh kiện, thiết bị điện khác.
• Ống thông gió, cánh quạt của thiết bị thông gió,…

Quạt hút Composite trong công nghiệp

>> Tham khảo thêm: Máy làm mát không khí nhà xưởng, quạt thông gió công nghiệp, quạt thông gió vuông bằng vật liệu composite.

Qua bài viết trên, hy vọng khách hàng đã hiểu được vật liệu Composite là gì. Nếu có nhu cầu tìm hiểu thêm về các dòng quạt hút Composite, tấm làm mát, quạt thông gió công nghiệp Composite,… hay bất kỳ thông tin nào khác, hãy liên hệ ngay với Công ty NP Việt Nam để được hỗ trợ!