Vật liệu composite là gì? Phân tích các ưu, nhược điểm của vật liệu composite

Vật liệu composite là gì là thắc mắc của rất nhiều bạn khi được nghe thấy cụm từ này. Tuy được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống nhưng không phải ai cũng biết rõ về vật liệu composite là gì. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giúp bạn đọc hiểu hơn về khái niệm, đặc điểm, tính chất và những ưu, nhược điểm của vật liệu composite.

Vật liệu composite là gì?

Vật liệu composite (hay còn có tên gọi khác là composite, vật liệu compozit, vật liệu tổng hợp) là một loại vật liệu được tổng hợp từ 2 hay nhiều vật liệu có tính chất lý hóa khác nhau. So với những vật liệu ban đầu dùng để tổng hợp, loại vật liệu được tạo ra ra sẽ có những tính chất và công dụng vượt trội hơn hẳn.

Ví dụ như sợi thủy tinh có độ bền cao khi kết hợp với nhựa polyester kháng hóa chất sẽ tạo ra loại vật liệu hội tụ được cả 2 đặc tính này. Hay như nhựa PVC được dùng làm chất nền cho gỗ sẽ tạo ra gỗ nhựa composite có đặc tính là độ bền cao, chống mối mọt, chống thấm,…

Đặc điểm cấu tạo và tính chất của vật liệu composite

Sau khi đã hiểu rõ khái niệm vật liệu composite là gì, chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu xem các đặc điểm về cấu tạo và tính chất của loại vật liệu này.

Cấu tạo

Hai thành phần chính của vật liệu composite là vật liệu cốt và vật liệu nền.

• Vật liệu cốt hay còn gọi là vật liệu gia cường, phần cốt: Đây là thành phần tạo nên đặc tính cơ học cho chất liệu composite. Hiện nay, có 2 kiểu vật liệu cốt cơ bản chính là dạng cốt sợi (dài hoặc ngắn) như sợi carbon, sợi thủy tinh, sợi ceramic… và dạng cốt hạt như hạt đất sét, hạt kim loại, bột đá bột gỗ…
• Vật liệu nền: Phần vật liệu này sẽ đảm nhận vai trò liên kết các thành phần cốt bên trong lại với nhau để đảm bảo tính nguyên khối và thống nhất cho chất liệu composite. Một số vật liệu nền điển hình là polymer (polyester, PP, PE,PVC, Epoxy, cao su…), kim loại, xi măng….

Tính chất của vật liệu composite

Vật liệu cốt

• Vai trò của vật liệu cốt chính là điểm chịu ứng suất tập trung.
• Có tính kháng hóa chất và chịu được nhiệt độ cao.
• Dễ phân tán vào vật liệu nền.
• Giúp quá trình gia công được diễn ra dễ dàng hơn.
• Có khả năng dẫn nhiệt và giải nhiệt tốt.
• An toàn với môi trường.
• Giúp hạ thấp giá thành cho chất liệu composite mà vẫn đảm bảo những tính chất vượt trội.

Vật liệu nền

• Là thành phần tạo ra sự kết dính và tạo môi trường phân tán.
• Khi có ngoại lực tác dụng, vật liệu nền sẽ có vai trò là truyền ứng suất sang pha gia cường.
• Bảo vệ vật liệu cốt không bị hư hỏng trước sự tấn công của môi trường.
• Giúp chống lại sự gia tăng và phát triển của các vết nứt.
• Ngoài ra thì vật liệu compostite còn có các tính chất cần thiết khác như cách điện, độ dẻo dai, màu sắc đa dạng.
• Cách điện, có độ bền cơ học cao, dẻo dai, màu sắc đa dạng.

Phân loại vật liệu composite

Để phân loại vật liệu composite, chúng ta có thể căn cứ vào hình dạng vật liệu cốt hoặc bản chất của vật liệu nền và vât liệu cốt. Tùy vào cách phân loại mà vật liệu composite sẽ được chia ra thành những loại sau:

Phân theo hình dạng vật liệu cốt

• Vật liệu composite cốt sợi: Các sản phẩm composite dân dụng thường được chế tao từ vật liệu composite cốt sợi với vật liệu nền chủ yếu là nhựa. Những loại vật liệu cốt sợi này thường có thêm từ composite trong tên gọi
• Vật liệu tổng hợp cốt hạt: Loại vật liệu phổ biến nhất chính là bê tông.
• Vật liệu tổng hợp cốt hạt và sợi: Bê tông là loại vật liệu được tổng hợp trên nền khoáng chất. Khi được kết hợp với cốt thép sẽ tạo ra bê tông cốt thép, trong đó đá nhân tạo (tạo thành từ xi măng) là vật liệu nền, cốt hạt là cát vàng và đá dăm, cốt sợi là cốt thép trong bê tông.

Phân theo bản chất của vật liệu nền và vật liệu cốt

• Nền kim loại: Thường kết hợp với vật liệu cốt dạng sợi kim loại (Bo,…), sợi khoáng ( SiC, Carbon,…),…. Sản phẩm chủ yếu là nền hợp kim nhôm, nền hợp kim titan,….
• Nền khoáng chất: Thường kết hợp với cốt dạng sợi kim loại, hạt góm, hạt gốm. Sản phẩm điển hình là bê tông, bê tông cốt thép, composite carbon – carbon,….
• Nền hữu cơ: Có thể kết hợp với mọi dạng cốt liệu như sợi hữu cơ, sợi khoáng, sợi kim loại. Sản phẩm chủ yếu là composite nền giấy, nền nhựa, nền nhựa đường, nền cao su,….. Đặc tính của sản phẩm loại này là chịu được nhiệt độ tối đa là 200 – 300 độ C.

Những ưu, nhược điểm của vật liệu composite

Như đã nói trong phần giải thích khái niệm vật liệu composite là gì, loại vật liệu này có khá nhiều ưu điểm. Tuy nhiên, cũng giống như những loại vật liệu khác, composite cũng tồn tại một số nhược điểm, cụ thể là:

Ưu điểm của vật liệu composite

• Có trọng lượng nhẹ hơn so với các vật liệu khác nhưng khả năng chống chịu va đập, khả năng uốn, kéo, chịu nhiệt,…. lại tốt hơn nhiều.
• Có khả năng chịu được những tác động từ môi trường bên ngoài như chống oxy hóa, kháng hóa chất ăn mòn, tia UV… Từ đó hạn chế được chi phí bảo quản vật liệu.
• Nhờ vào độ cứng và khả năng uốn kéo tốt, việc gia công vật liệu composite cũng trở nên dễ dàng hơn, giúp sản phẩm được tạo ra có nhiều hình dạng hơn.
• Không chỉ có đặc tính cách điện, cách nhiệt rất tốt mà vật liệu composite còn chống cháy, chống lạnh hiệu quả, giúp đảm bảo an toàn khi sử dụng.
• Không thấm nước, không độc hại, màu sắc đa dạng, ít bị phai màu và có thời gian sử dụng lâu dài. Tuổi thọ của sản phẩm làm từ vật liệu composite lớn hơn kim loại và gỗ khoảng 2 – 3 lần.
• Mặc dù có rất nhiều đặc tính tốt nhưng giá thành vật liệu này cũng rất cạnh tranh, thậm chí thấp hơn nhiều so với những loại vật liệu khác.

• Chi phí đầu tư trang thiết bị sản xuất và chi phí bảo dưỡng dùng cho sản phẩm chất liệu composite cũng không quá cao.

Nhược điểm của vật liệu composite

• Khó tái chế và cũng khó tái sử dụng khi vật liệu bị hư hỏng hoặc là phế phẩm trong quá trình sản xuất.
• Phương pháp gia công vật liệu cũng tốn khá nhiều thời gian.
• Việc phân tích tính chất lý hóa, cơ học của mẫu vật khá phức tạp.
• Chất lượng vật liệu sẽ phụ thuộc vào trình độ của từng công nhân.
• Tuy giá thành phẩm của loại vật liệu này không cao nhưng giá của nguyên liệu nhập thô lại tương đối cao.

Điểm danh những ứng dụng của vật liệu composite trong đời sống hàng ngày

Với những tính năng vượt trội của mình, vật liệu composite được ứng dụng vào trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống và sản xuất hàng ngày, điển hình là:

• Dùng để chế tạo vỏ động cơ tên lửa, tàu vũ trụ, máy bay, tàu thuyền,…
• Sử dụng để làm ống dẫn nước: Bao gồm ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn hoặc ống dẫn nước thải, nước các vùng ngập mặn, nước phèn, ống thủy nông.
• Dùng để sản xuất ra bình chứa nước trong hệ thống xử lý nước sinh hoạt.
• Chế tạo vỏ cột lọc nước của hệ thống máy lọc nước RO công nghiệp, bộ lọc nước đầu nguồn,….
• Đá composite nhân tạo (solid surface) là loại vật liệu nội thất được sử dụng rất nhiều trong việc làm mặt bếp tại các gia đình.

• Sản xuất ống thoát rác tại các chung cư, nhà cao tầng.
• Làm vỏ bọc của thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, bồn bể, tấm panel composite,….
• Sản xuất các loại sứ cách điện, sứ silicon, sứ cầu giao, sứ polymer, sứ cầu chì, chống sét,…
• Ứng dụng trong sản xuất tranh điêu khắc, phù điêu, nội thất,…..
• Là vật liệu trám răng thẩm mỹ có màu sắc như răng thật, chịu lực, chịu mài mòn tốt và an toàn với sức khỏe người dùng.

Trên đây là những thông tin trả lời cho câu hỏi vật liệu composite là gì mà chúng tôi muốn chia sẻ đến bạn đọc. Hy vọng rằng bài viết này đã giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về loại chất liệu composite này để chia sẻ đến những người thân của mình.