Vật liệu composite là gì? Đặc điểm và tính ứng dụng của chúng

Vật liệu composite là vật liệu được sử dụng phổ biến hiện nay trong các sản phẩm công nghiệp và dân dụng. Loại vật liệu này không chỉ có giá thành hợp lý mà còn sở hữu nhiều đặc tính nổi bật như: có độ bền cơ học cao, khả năng cách điện, cách nhiệt tốt,… Để có thể hiểu rõ hơn về cấu tạo cũng như những ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của nó thì hãy cùng P69 theo dõi bài viết dưới đây.

1. Vật liệu composite là gì?

Vật liệu composite là một loại vật liệu tổng hợp, được kết hợp từ hai hoặc nhiều thành phần khác nhau, thường là một vật liệu gốc và một vật liệu nền. Khi hai loại vật liệu này được kết hợp lại thì sẽ tạo nên một vật liệu mới có tính chất vượt trội so với các vật liệu riêng lẻ khác.

Vật liệu composite có nhiều ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp hàng không, ô tô, đóng tàu, nội thất, xây dựng, thể thao và giải trí. Với tính chất nhẹ, mạnh và bền thì loại vật liệu này được sử dụng để giảm trọng lượng và tăng hiệu suất của các sản phẩm, đồng thời cung cấp khả năng chống ăn mòn và chịu được môi trường khắc nghiệt. Dó đó, vật liệu composite thường xuyên được sử dụng để làm lớp bảo ôn ống gió, giúp cho đường ống trở nên chắc chắn và bền vững theo thời gian.

2. Đặc điểm của vật liệu composite 

2.1 Cấu tạo của vật liệu Composite

Vật liệu composite được cấu tạo từ hai thành phần chính là:

Vật liệu nền: Là một loại vật liệu có tính liên kết và nó giúp bảo vệ vật liệu composite khỏi những tác động mạnh từ bên ngoài. Vật liệu nền có thể là nhựa, sợi thủy tinh, sợi carbon, gốm, kim loại,….

Vật liệu cốt: Đây là một thành phần chịu lực chính trong composite. Nó cung cấp độ cứng và độ bền. Các vật liệu cốt thông dụng như sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi aramid, sợi khoáng chất, và kim loại gia cường. Vật liệu cốt thường có dạng sợi, mạch lạc hoặc hạt nhỏ và được nhúng hoặc bao bọc bởi vật liệu nền.

2.2 Tính chất đặc trưng của vật liệu Composite

Độ cứng và độ bền cao: Vật liệu cốt trong composite như sợi carbon, thủy tinh hoặc aramid, có độ cứng và độ bền cao. Khi được kết hợp với vật liệu nền thì vật liệu này có độ cứng và độ bền cao hơn so với một số loại vật liệu thông thường khác.

Độ bền kéo và chịu va đập tốt: Vật liệu cốt cung cấp khả năng chịu lực tốt, giúp cho composite có khả năng chịu được các tác động kéo và va đập mạnh mẽ hơn so với nhiều vật liệu khác.

Trọng lượng nhẹ: vật liệu Composite thường được biết đến với trọng lượng nhẹ hơn so với các vật liệu truyền thống khác như thép và nhôm, giúp tăng hiệu suất và tiết kiệm năng lượng trong nhiều ứng dụng.

3. Ưu và nhược điểm của vật liệu Composite 

3.1 Ưu điểm 

Khối lượng riêng nhỏ: Vật liệu composite có khối lượng riêng thấp so với các vật liệu đơn lẻ khác, thường thì nó chỉ bằng 1/4 đến 1/10 so với kim loại. Chúng mang lại nhiều lợi ích trong các ứng dụng thực tế như: giảm trọng lượng thiết bị, tiết kiệm nhiên liệu, giảm chi phí vận hành,…

Độ bền cơ học cao: Vật liệu composite có độ bền cơ học cao hơn nhiều so với các vật liệu đơn lẻ khác. Độ bền cơ học của vật liệu này sẽ có một phần phụ thuộc vào các yếu tố như: loại vật liệu nền,vật liệu cốt, hình dạng và kích thước.

Khả năng chịu nhiệt, chịu ăn mòn tốt: Có khả năng chịu nhiệt, chịu ăn mòn tốt hơn nhiều so với các vật liệu đơn lẻ ban đầu. Điều này là do vật liệu nền và vật liệu cốt có khả năng chịu nhiệt, chịu ăn mòn cao. Khả năng chịu nhiệt, chịu ăn mòn mang lại nhiều lợi ích trong ứng dụng thực tế như: hoạt động trong môi trường nhiệt độ cao, môi trường ăn mòn,…

Tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt: Có thể dẫn điện, dẫn nhiệt tốt hoặc kém tùy thuộc vào loại vật liệu nền và vật liệu cốt. Mang lại nhiều lợi ích trong ứng dụng thực tế như: sử dụng trong các thiết bị điện, điện tử,…

3.2 Nhược điểm

Giá thành cao: Vật liệu composite thường thì sẽ có giá thành hơi cao so với các vật liệu đơn lẻ khác. Điều này có thể một phần là do chi phí sản xuất cao hơn so với các loại khác.

Khó tái chế: Một nhược điểm của loại vật liệu composite nữa là khó tái chế, do đây là một vật liệu tổng hợp, có hai hoặc nhiều thành phần khác nhau.

Khó gia công: Vật liệu composite khó gia công hơn so với các vật liệu đơn lẻ ban đầu, do chúng có độ bền cơ học cao, cần sử dụng các dụng cụ và máy móc chuyên dụng để gia công.

4. Ứng dụng của vật liệu composite 

Lĩnh vực y tế: Được sử dụng để sản xuất các thiết bị y tế như: ống thông, kim tiêm, dụng cụ phẫu thuật,…. do có độ bền cơ học cao, khả năng chịu nhiệt tốt và không gây kích ứng,… Hơn nữa, vật liệu composite cũng được cùng để sản xuất các bộ phận thay thế xương như: khớp gối, khớp háng,… cũng như các loại răng giả, cầu răng,…

Lĩnh vực sản xuất ô tô, xe máy: Các loại thân và khung của xe máy và ô tô hiện nay đều được sản xuất bằng vật liệu composite nhờ độ bền cao và trọng lượng nhẹ

Lĩnh vực hàng không vũ trụ: Nhờ đặc tính bền bỉ trong các loại môi trời khắc nghiệt nên vật liệu này được sử dụng để sản xuất thân máy bay, cánh máy bay, và một vài các cấu kiện khác.

Lĩnh vực công nghiệp điện: Các loại thiết bị điện dân dụng và công nghiệp hiện nay đều có mặt vật liệu composite trong một vài thành phần của chúng. Nhờ vào đặc tính cách điện và dẫn điện vượt trội, vật liệu này đang dần dần thay thế các loại vật liệu khác nhờ giá thành hợp lý và độ phổ biến.

Xem thêm: Một số vật liệu được sử dụng để sản xuất thiết bị điện

Lĩnh vực làm giả vật liệu: Vật liệu composite có thể được sử dụng để làm giả những vật liệu khác như: gỗ, đá, kim loại,… với độ chân thực cao. Các loại gỗ composite, đá composite, hay kim loại composite đã giúp cho lĩnh vực sản xuất đồ nội thất trở nên phát triển hơn nhờ vào chi phí đầu vào tương đối thấp.

5. Các loại vật liệu composite phổ biến

5.1 Sợi thủy tinh

Sợi thủy tinh là một loại vật liệu composite đặc biệt. Nó được hình thành từ hai thành phần chính như sợi thủy tinh và ma trận polymer. Sợi thủy tinh được ứng dụng nhiều trong cuộc sống hàng ngày và công nghiệp. Chúng thường được sử dụng trong việc đóng tàu và sản xuất ô tô do độ bền và khả năng chịu lực tốt. Trong công nghiệp năng lượng gió, chúng được sử dụng để tạo ra cánh quạt gió. Ngoài ra, chúng còn xuất hiện trong nhiều sản phẩm gia dụng khác nhau.

5.2 Sợi carbon

Sợi carbon là một loại vật liệu được kết hợp giữa cốt và ma trận epoxy. Với cấu trúc này sẽ giúp những sợi carbon có độ cứng và độ bền cao, vượt trội hơn so với các kim loại và vật liệu composite khác. Ngoài ra thì loại sợ này còn có trọng lượng nhẹ hơn so với kim loại, giúp giảm trọng lượng tổng thể của các sản phẩm và tăng hiệu suất năng lượng.

Ứng dụng của sợi carbon rất đa dạng. Trong ngành hàng không, nó được sử dụng để tạo ra cấu trúc nhẹ và bền cho các bộ phận của máy bay, như vỏ ngoài, cánh, và đuôi. Composite sợi carbon cũng được sử dụng trong ngành ô tô hiệu suất cao để tăng tính năng và giảm trọng lượng của xe. Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong các ngành công nghiệp thể thao, như sản xuất gậy golf, vợt tennis, ….

5.3 Sợi Kim Loại

Sợi kim loại là một loại vật liệu được tạo thành bằng cách kết hợp sợi thép, nhôm hoặc titan với một ma trận polymer. Cấu trúc này tạo ra một vật liệu có tính chất cơ học và cơ động tốt, và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.

Composite sợi kim loại được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành. Trong ngành hàng không, nó được sử dụng để tạo ra cấu trúc nhẹ và bền cho các bộ phận máy bay, như vỏ ngoài, cánh, và đuôi. Chúng cũng được sử dụng trong ngành ô tô để tăng tính năng và giảm trọng lượng của xe. Có thể được sử dụng trong các bộ phận như khung xe, bánh xe. Ngoài ra, composite sợi kim loại cũng được sử dụng trong công nghiệp hạt nhân, nơi nó có khả năng chịu được tác động hóa học và nhiệt độ cao.

5.4 Gốm composite

Gốm composite là một loại vật liệu cấu trúc, được tạo thành từ sự kết hợp giữa sợi gốm và ma trận polymer. Sợi gốm thường được làm từ các vật liệu gốm tự nhiên như sứ, silicat, oxit nhôm, oxit kẽm, oxit magie và các loại sợi gốm tổng hợp như sợi carbon. Ma trận polymer thường được sử dụng là các nhựa epoxy, polyester hoặc polyimide.

Khi kết hợp sợi gốm với ma trận polymer, composite gốm tạo thành một vật liệu có tính chất kết hợp của cả hai thành phần. Sợi gốm cung cấp độ cứng và độ bền cơ học cao, trong khi ma trận polymer giúp cải thiện khả năng chịu va đập và đàn hồi của vật liệu. Do đó, composite gốm thường có đặc tính cơ học vượt trội so với sự kết hợp giữa sợi gốm và ma trận polymer riêng lẻ.

5.5 Composite Polyme

Composite polymer là một loại vật liệu kết hợp giữa một ma trận polymer và sợi gia cường. Ma trận polymer là một chất có tính chất linh hoạt và đàn hồi, trong khi sợi gia cường được sử dụng để cung cấp độ cứng, độ bền.

Các loại sợi gia cường thường được sử dụng trong composite polymer bao gồm sợi thủy tinh, sợi carbon và sợi aramid. Sợi thủy tinh thường được làm từ sợi thủy tinh bổ sung vào ma trận polymer, trong khi sợi carbon là sợi được làm từ carbon được nung chảy và kéo thành sợi.

Sự kết hợp giữa ma trận polymer và sợi gia cường trong composite polymer tạo ra một vật liệu có tính chất kỹ thuật đa dạng và ứng dụng rộng rãi. Các tính chất cơ học, chống ăn mòn và cách điện của composite polymer đã làm cho nó trở thành một lựa chọn hữu ích và hiệu quả cho nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng khác nhau.

5.6 Composite Gỗ Nhựa

Composite gỗ nhựa là một vật liệu kết hợp giữa gỗ và nhựa, thường là nhựa epoxy. Quá trình sản xuất composite gỗ nhựa bắt đầu bằng việc pha trộn gỗ và nhựa trong tỷ lệ phù hợp, sau đó áp dụng áp lực và nhiệt để nối chặt hai thành phần lại với nhau. Kết quả là một vật liệu có tính chất của cả gỗ và nhựa.

Mang lại những ưu điểm vượt trội so với gỗ tự nhiên như độ cứng và độ bền cao hơn, khả năng chống ẩm và chống mục nát tốt hơn. Điều này làm cho composite gỗ nhựa trở thành một lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng xây dựng, nội thất và sản phẩm ngoài trời.

5.7 Composite Nhựa Cao Su

Composite nhựa cao su là một loại vật liệu kết hợp giữa nhựa và cao su. Quá trình sản xuất composite này thường bắt đầu bằng việc pha trộn một loại nhựa cụ thể với hạt cao su, sau đó thực hiện quá trình gia nhiệt và ép nhiệt để tạo thành một vật liệu kết dính và đồng nhất.

Composite nhựa cao su kết hợp những ưu điểm của cả nhựa và cao su, tạo ra một vật liệu có tính chất đặc biệt. Composite nhựa cao su có tính đàn hồi cao, có có khả năng co giãn và phục hồi hình dạng ban đầu sau khi chịu lực tác động, có khả năng chống lại các tác động cơ học, như va đập và kéo căng, mà không bị hư hỏng hoặc vỡ.

Nhờ vào tính chất mềm mại và đàn hồi của cao su đã giúp cho composite nhựa cao su có khả năng chịu mài mòn cao, giúp bảo vệ bề mặt và tăng tuổi thọ của vật liệu.

5.8 Sợi Bor

Sợi bor là một loại vật liệu composite sử dụng sợi bor làm cốt và ma trận polymer. Quá trình sản xuất thường bắt đầu bằng việc trải các sợi bor trong lớp ma trận polymer, sau đó tiến hành quá trình ép nhiệt và ép áp để tạo ra một vật liệu kết dính và đồng nhất.

Sợi bor có độ bền kéo và độ cứng cao, và khi được kết hợp với ma trận polymer thì sợi bor có khả năng chịu được lực kéo mạnh và có tính chất cơ học rất ổn định. Sợi bor còn có khả năng chịu nhiệt tốt. Bor là một nguyên tố khi kết hợp với ma trận polymer thì sẽ có khả năng chịu được nhiệt độ cao mà không bị biến dạng hoặc mất tính chất cơ học. Với những đặc tính cơ học và nhiệt độ cao, cùng khả năng chống cháy, composite sợi bor được sử dụng rộng rãi trong ngành hàng không và không gian.

Với những ưu điểm mà P69 đã kể trên thì hiện nay vật liệu composite đã và đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó nổi bật là lĩnh vực nội thất. Loại vật liệu này đã góp phần quan trọng trong những sản phẩm nội thất chất lượng cao, bền, đẹp và an toàn cho người sử dụng.

CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯ P69

• Nhà máy sản xuất: Km 18, đường Đại Lộ Thăng Long, Khu CN Thạch Thất Quốc Oai, Hà Nội
• Số điện thoại: 0966686969 | Hotline: 0989188982
• Email: kd1@cokhip69.com.vn
• Website: https://cokhip69.com.vn