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. Các loại vật liệu composite phổ biến

Dưới đây, Nhà Máy Cơ Khí P69 xin được chỉ ra một số các loại vật liệu composite được sử dụng phổ biến hiện nay:

4.1 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.

4.2 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, ….

4.3 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.

4.4 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.

4.5 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.

4.6 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.

4.7 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.

4.8 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.

5. Ứng dụng của composite 

5.1 Các ứng dụng trong y tế

Một số ứng dụng của vật liệu composite trong y tế như:

Thiết bị y tế: Được sử dụng để sản xuất các thiết bị y tế, như: ống thông, kim tiêm, dụng cụ phẫu thuật,…. Có độ bền cơ học cao, khả năng chịu nhiệt tốt và không gây kích ứng,….

Giảm đau: Được sử dụng để sản xuất các thiết bị giảm đau như: miếng dán giảm đau, nẹp chỉnh hình,,. Vật liệu này có khả năng hấp thụ xung điện, giúp giảm đau hiệu quả.

Thay thế xương: Sử dụng để sản xuất các bộ phận thay thế xương như: khớp gối, khớp háng,…

Cấy ghép răng: Được sử dụng để sản xuất các răng giả, cầu răng,… Nó có độ bền cao, khả năng chịu lực tốt, giúp bệnh nhân có hàm răng chắc khỏe và thẩm mỹ.

5.2 Các ứng dụng của vật liệu composite trong công nghiệp

Đóng tàu: Được sử dụng để sản xuất thân tàu, vỏ tàu, boong tàu,… giúp tàu có trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng chịu ăn mòn tốt.

Ô tô: Được sử dụng để sản xuất thân xe, cánh cửa, mui xe,…. giúp xe có trọng lượng nhẹ, độ bền cao và tiết kiệm nhiên liệu.

Công nghiệp năng lượng: Sử dụng để sản xuất cánh quạt gió, thân turbine gió,… giúp tuabin gió có trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng chịu lực tốt.

Công nghiệp đóng tàu, xây dựng: Được sử dụng để sản xuất các cấu kiện xây dựng như: cầu, đường, nhà xưởng,… giúp các công trình có trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tốt.

5.3 Đối với ngành công nghiệp sản xuất ô tô, xe máy

Ứng dụng của vật liệu composite trong ngành công nghiệp sản xuất ô tô, xe máy :

Thân xe: Được sử dụng để sản xuất thân xe, giúp xe có độ bền và tiết kiệm nhiên liệu.

Cánh cửa: Được sử dụng để sản xuất cánh cửa, giúp xe có trọng lượng nhẹ và khả năng cách âm tốt.

Mui xe: Sử dụng để sản xuất mui xe, giúp xe có khả năng chống ăn mòn tốt.

Khung xe: Được sử dụng để sản xuất khung xe, giúp xe có trọng lượng nhẹ, độ bền cao.

5.4 Đối với ngành công nghiệp sản xuất đóng tàu

Thân tàu: Được sử dụng để sản xuất thân tàu, giúp tàu có độ bền cao và khả năng chịu ăn mòn tốt.

Vỏ tàu: Dùng để sản xuất vỏ tàu, giúp tàu có trọng lượng nhẹ và khả năng chống thấm tốt.

Boong tàu: Vật liệu composite được sử dụng để sản xuất boong tàu, giúp tàu có trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng chịu lực tốt.

Các cấu kiện khác: Dùng để sản xuất các cấu kiện khác trên tàu như: cột buồm, cánh buồm,… giúp tàu có khả năng chống ăn mòn tốt và tính thẩm mỹ cao.

5.5 Đối với ngành công nghiệp thuộc lĩnh vực vũ trụ hàng không

Thân máy bay: Được dùng để sản xuất thân máy bay, giúp máy bay có độ bền cao và có thể chịu nhiệt ở những môi trường nhiệt độ cao.

Cánh máy bay: Được sử dụng để sản xuất cánh máy bay, giúp máy bay có trọng lượng nhẹ và tăng thêm phần thẩm mỹ cho cánh máy bay.

Các cấu kiện khác: Sử dụng để sản xuất các cấu kiện khác trên máy bay, tên lửa như: cánh quạt, thân tàu vũ trụ,… giúp các thiết bị có độ bền, khả năng chịu nhiệt và tính thẩm mỹ cao.

5.6 Vật liệu composite cũng được ứng dụng cao trong lĩnh vực nội thất

Sản xuất đồ nội thất: Sử dụng để sản xuất các sản phẩm nội thất như: bàn ghế, tủ, kệ,… giúp sản phẩm có khả năng chống ẩm, chống cháy tốt và tính thẩm mỹ cao.

Trang trí nội thất: Được sử dụng để trang trí nội thất như: trần nhà, tường, sàn nhà,… giúp không gian trở nên sang trọng và tinh tế.

5.7 Ứng dụng trong thiết kế đồ nội thất ngoài trời

Bàn ghế composite: Là loại đồ nội thất ngoài trời phổ biến nhất. Loại bàn ghế composite này thì thường có trọng lượng nhẹ, độ bền cao, khả năng chống ẩm, chống cháy tốt và tính thẩm mỹ cao. Bàn ghế composite thường được sử dụng trong các quán cà phê, nhà hàng, khu nghỉ dưỡng,…,

Cầu thang composite: Cầu thang composite có tính bền cao, khả năng chống ẩm, chống cháy tốt, thường được sử dụng trong các khu vực ngoài trời như: sân vườn, ban công,…

Cổng composite: Cổng composite có độ bền cao, khả năng chống ẩm và có tính thẩm mỹ đẹp. Cổng composite thường được sử dụng trong các khu vực như: sân vườn, nhà ở, biệt thự,….

Sàn composite: Sàn composite nhờ vào những tính năng như độ bền, chống thấm hay tính thẩm mỹ,.. nên thường được ứng dụng nhiều vào những nơi như: sân vườn, hồ bơi,…

5.8 Ứng dụng của vật liệu composite trong việc thiết kế đồ nội thất trang trí

Trang trí nội thất: Được sử dụng để trang trí nội thất, như: trần nhà, tường, sàn nhà,… giúp không gian nội thất trở nên sang trọng, hiện đại và tinh tế.

Trang trí ngoại thất: Được sử dụng để trang trí ngoại thất, như: tường, hàng rào, cổng, sân vườn,… giúp không gian ngoại thất trở nên đẹp mắt và ấn tượng.

Trang trí sân vườn: Được sử dụng để trang trí sân vườn, như: ghế ngồi, bàn ăn, chậu hoa, xích đu, thảm cỏ,… giúp sân vườn trở nên đẹp và bắt mắt.

5.9 Ứng dụng trong việc làm giả những vật liệu khác

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. Ứng dụng này được sử dụng phổ biến trong ngành nội thất, như:

Gỗ composite: Gỗ composite là loại vật liệu tổng hợp, với bề ngoài thì giống với gỗ thật, nhưng nó lại có trọng lượng nhẹ và có khả năng chống ẩm, chống cháy tốt hơn. Gỗ composite thường được sử dụng để sản xuất đồ nội thất, như: bàn ghế, tủ, kệ, đồ trang trí,…

Đá composite: Đá composite là loại vật liệu tổng hợp, có bề ngoài giống đá thật, nhưng có trọng lượng nhẹ hơn và khả năng chống trầy xước, chống thấm tốt hơn. Đá composite thường được sử dụng để ốp tường, ốp sàn,…

Kim loại composite: Kim loại composite có bề ngoài giống kim loại thật, nhưng có trọng lượng nhẹ hơn, độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tốt. Kim loại composite thường được sử dụng để sản xuất các sản phẩm trang trí, như: đèn chùm, đồ trang sức, đồ trang trí trong nhà,…

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