Vật liệu composite là gì? Các ứng dụng của vật liệu composite trong cuộc sống

Trong các cột lọc tổng hợp của các hệ thống lọc nước tổng hiện nay, vật liệu composite được sử dụng rộng rãi. Nhờ đó, các dây chuyền lọc nước sẽ có độ bền cao và đảm bảo an toàn tuyệt đối cho người sử dụng. Vậy vật liệu composite là gì? Thành phần cấu trúc và ứng dụng của vật liệu composite là gì? Hãy cùng theo dõi bài viết dưới đây của Labvietchem để tìm câu trả lời nhé.

Vật liệu composite là gì?

Vật liệu composite hay vật liệu composite là vật liệu được tổng hợp từ hai hoặc nhiều loại vật liệu khác nhau để tạo ra một loại vật liệu mới có hầu hết các tính năng của vật liệu cũ, đồng thời tạo ra nhiều tính năng tốt hơn.

Thành phần cấu trúc của vật liệu composite

Vật liệu composite được cấu tạo từ 2 thành phần chính gồm lõi (vật liệu gia cường) và ma trận (vật liệu nền).

Cấu trúc của vật liệu composite

1. Cốt lõi

– Sợi thủy tinh

+ Là loại sợi được tạo ra từ quá trình kéo sợi từ thủy tinh có thể kéo sợi như thủy tinh dệt và có nhiều ưu điểm cơ học thay vì độ giòn, dễ nứt,… của thủy tinh ban đầu. Loại sợi này có đường kính rất nhỏ, khoảng vài chục micromet.

Sợi thủy tinh tổng hợp

+ Một số loại sợi thủy tinh gồm có sợi thủy tinh E – dẫn điện tốt (loại phổ biến nhất), sợi thủy tinh D – cách điện tốt, sợi thủy tinh A – hàm lượng kiềm cao, sợi thủy tinh C – kháng hóa chất cao, sợi thủy tinh R và sợi thủy tinh S – độ bền cơ học cao.

– Sợi bazan

+ Là loại sợi được hình thành từ các hợp chất hữu cơ dưới quá trình tổng hợp ở nhiệt độ thấp (-10 độ C) sau đó xe thành sợi nhỏ trong dung dịch, sau đó được xử lý nhiệt để tăng mô đun đàn hồi.

+ So với sợi thủy tinh, sợi bazan có giá thành thấp hơn nhưng độ bền kém, độ uốn thấp và dễ biến dạng cắt giữa các lớp.

Vải sợi bazan

– Sợi cacbon

+ Là loại sợi than chì có cấu trúc bề mặt tạo thành các lớp liên kết với nhau nhưng cách nhau khoảng 3,35 A độ nên độ bền và độ đàn hồi của sợi cacbon rất cao.

+ Là loại sợi có tính chất cơ lý cao gần giống như sợi thủy tinh.

+ Chịu nhiệt rất tốt.

Vải sợi carbon

– Sợi Bor, sợi Silicon Carbide

+ Là loại sợi được hình thành bằng phương pháp kết tủa.

– Sợi kim loại

– Sợi ngắn và hạt phân tán

– Lõi vải

+ Là tấm được hình thành từ vật liệu gia cố bằng sợi hình thành khi thực hiện công nghệ dệt.

+ Tùy theo kỹ thuật dệt mà loại lõi vải hình thành cũng khác nhau.

2. Bối cảnh

Nó là vật liệu quyết định sự liên kết trong cấu trúc của vật liệu composite, tạo nên tính nguyên khối, thống nhất, đồng nhất trong cấu trúc composite. Một số loại vật liệu nền điển hình bao gồm: nền hữu cơ – nền nhựa, nền kim loại, nền khoáng và nền gốm.

– Vật liệu gốc polyme nhiệt rắn

+ Nhóm nhựa polyester và nhựa cô đặc bao gồm nhựa phenol, nhựa furan, nhựa amin, nhựa epoxy, trong đó nhựa epoxy là loại nhựa được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp composite.

+ Nhựa Epoxy khi sử dụng để tạo ra vật liệu composite sẽ giúp vật liệu có độ bền cao hơn, dễ kéo, uốn, nén, chịu va đập, leo,…

– Vật liệu gốc polyme nhiệt dẻo

Một số vật liệu cơ bản là nhựa nhiệt dẻo: PVC, polyetylen, polypropylen, polyamit, v.v.

– Chất liệu gốc cacbon

– Chất liệu nền kim loại

Được sử dụng trong hầu hết các kim loại nhờ mô đun đàn hồi rất cao, có thể lên tới 110 Gpa.

Phân loại vật liệu tổng hợp

Vật liệu composite được phân loại theo hình dạng và tính chất của vật liệu thành phần, cụ thể như sau:

1. Phân loại theo hình dáng

– Vật liệu composite chứa sợi (composite chứa sợi): Khi vật liệu gia cường ở dạng sợi và chất độn sợi giúp tăng cường tính chất cơ lý của polyme nền.

– Vật liệu composite hạt độn (composite độn dạng hạt): Khi vật liệu gia cường có dạng hạt và các hạt độn được phân tán vào polyme nền.

– Vật liệu composite chứa đầy sợi và hạt.

2. Phân loại theo tính chất thành phần

– Composite nền hữu cơ (nhựa, hạt, giấy…): Có thể kết hợp với tất cả các loại vật liệu gia cường như sợi hữu cơ, sợi khoáng, sợi kim loại…

– Composite gốc khoáng (bê tông, gốm sứ,…): Có thể kết hợp với dạng sợi, dạng hạt,

– Composite gốc kim loại (hợp kim titan, hợp kim nhôm,…): Có thể kết hợp với các chất độn dạng hạt như sợi kim loại, sợi khoáng… và nhiệt độ tối đa có thể chịu được lên tới 600 – 1000 độ C.

– Composite nền khoáng với vật liệu gia cường ở dạng: Sợi kim loại, hạt kim loại, hạt gốm…

Các phương pháp tạo vật liệu composite

Một số công nghệ đang được sử dụng để tạo ra vật liệu composite ngày nay là:

– Công nghệ khuôn liên hệ:

Diễn ra theo quy trình phun, lăn tay và rải bằng máy.

– Công nghệ khuôn có màng đàn hồibao gồm:

+ Khuôn ép màng.

+ Khuôn chân không.

+ Khuôn hút chân không – nồi hấp.

– Công nghệ ngâm tẩm áp lực:

+ Ngâm tẩm áp lực trong điều kiện môi trường bình thường.

+ Ngâm tẩm áp suất trong môi trường chân không.

– Công nghệ đúc:

Quy trình thực hiện sẽ như sau: Dập trực tiếp -> Dập khuôn -> Dập nóng.

– Công nghệ bao bì

Bao gồm máy đóng gói và phương pháp công nghệ.

– Công nghệ pulltrusion:

Là công nghệ hiện đại nhất hiện nay, diễn ra hoàn toàn tự động và liên tục, cho phép tạo ra vật liệu nhựa composite có chất lượng tốt nhất.

Sử dụng công nghệ pulltrusion

Ưu điểm và nhược điểm của vật liệu composite

1. Ưu điểm

– Dễ dàng thay đổi cấu trúc hình học, phân bố và thành phần vật liệu để tạo ra loại vật liệu mới có độ bền mong muốn và đáp ứng được yêu cầu khắt khe của công nghệ hiện đại như nhẹ, chịu nhiệt lên tới 3000 độ C,…

– Mật độ nhỏ, độ bền cơ học cao, độ cứng và khả năng chịu uốn, kéo tốt.

– Có khả năng chịu được thời tiết khắc nghiệt, chống lão hóa, chống tia UV, cách điện, cách nhiệt tốt.

– Có khả năng chống chịu hóa chất và ăn mòn cao, giúp sản phẩm làm từ composite dễ bảo quản, không cần sơn phủ chống ăn mòn.

– Dễ dàng gia công và tạo thành nhiều hình dạng, màu sắc khác nhau.

– Dễ dàng thay thế, sửa chữa, chi phí đầu tư thiết bị sản xuất nhựa composite thấp và chi phí bảo trì không quá tốn kém.

– Tuổi thọ sử dụng lâu dài cho các sản phẩm làm từ vật liệu composite cao.

– Trọng lượng nhẹ nhưng cứng cáp, chịu va đập tốt, dễ uốn và kéo,… hơn các chất liệu khác.

– Chống thấm nước tốt, không độc hại.

2. Nhược điểm

– Khả năng tái chế, tái sử dụng khi hư hỏng thấp.

– Giá thành nguyên liệu khá cao và mất nhiều thời gian để chế biến.

– Việc phân tích cơ, lý, hóa các mẫu vật từ vật liệu composite khá phức tạp.

– Trình độ tay nghề của người thợ quyết định chất lượng vật liệu tạo ra.

Ứng dụng của vật liệu composite trong đời sống

– Dùng để chế tạo một số bộ phận như vỏ động cơ, tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ, khung xe máy, vỏ ô tô, lốp xe,..

Lốp máy bay được làm từ vật liệu composite

– Nhờ khả năng kháng hóa chất, chống ăn mòn, chịu áp lực cao nên vật liệu nhựa composite được ứng dụng để sản xuất ống nước thải, ống nước sạch, ống ngầm dưới biển, bể biogas, ống dẫn xăng dầu, bể chứa hóa chất,…

– Với đặc tính cách điện tốt, vật liệu composite được dùng làm chất bán dẫn trong hệ thống cách điện.

– Dùng để sản xuất đồ chơi cho trẻ em vì dễ gia công, tạo hình, dễ màu sắc.

Đồ chơi trẻ em bằng nhựa tổng hợp

– Dùng làm vật liệu trang trí nhà cửa, văn phòng, ban công, sân vườn,… nhờ màu sắc đa dạng, hoa văn bắt mắt,…

Hy vọng với những gì LabTrường Chu Văn An đã chia sẻ ở trên các bạn có thể hiểu rõ vật liệu tổng hợp Đó là cái gì vậy? Cấu tạo và ứng dụng của vật liệu composite trong đời sống. Để xem thêm nhiều bài viết hay, vui lòng truy cập website labvietchem.com.vn và theo dõi.