Vật liệu compozit | Khái niệm hoá học

1. Định nghĩa

Vật liệu composite hay còn có tên gọi khác là composite, vật việu compozit, vật liệu tổng hợp. Đây là một loại nguyên vật liệu được tổng hợp từ 2 hay nhiều vật liệu khác nhau tạo thành một loại vật liệu mới. Mang tính chất và những công dụng vượt trội hơn hẳn so với những vật liệu ban đầu.

Những vật liệu tổng hợp đã được con người sử dụng từ rất lâu trước đây. Khi con người biết trộn những viên sỏi nhỏ vào đất để làm gạch. Hay trộn bùn với rơm băm nhỏ để làm vách nhà,… Mặc dù vậy nhưng ngành khoa học về vật liệu composite chỉ mới hình thành khi xuất hiện công nghệ chế tạo tên lửa (Mỹ) ở những năm 50. Từ đó đến nay khoa học công nghệ của loại vật liệu này đã phát triển trên toàn thế giới với tên gọi “vật liệu composite”.

2. Cấu tạo 

Composite thực chất là một loại nhựa tổng hợp. Nhưng nó khác hẳn các loại nhựa khác trên thị trường hiện nay.  Bởi nó có thể có nhiều đặc tính khác nhau của rất nhiều các vật liệu khác. Vật liệu composite thường gồm hai thành phần chính: Vật liệu nền và vật liệu gia cường.

Vật liệu nền hay còn gọi là pha nhựa: có chức năng đảm bảo các thành phần cốt bên trong composite được liên kết với nhau nhằm tạo ra tính nguyên khối và thống nhất cho composite. vật liệu nền bao gồm polymer (polyester, PE, PP, PVC, Epoxy, cao su…), kim loại, ceramic (xi măng…).

Tính chất của vật liệu nền:

- Là chất kết dính và tạo môi trường phân tán.

- Truyền ứng suất sang pha gia cường khi có ngoại lực tác dụng.

-Bảo vệ pha gia cường không bị hư hỏng do tấn công của môi trường.

- Bền dẻo dai (chống lại sự phát triển của vết nứt).

Ngoài ra còn đóng góp các tính chất cần thiết khác như: cách điện, độ dẻo dai, màu sắc….

Vật liệu gia cường (phần cốt): Thành phần này giúp composite có các đặc điểm cơ lý tính cần thiết. Về cơ bản có hai kiểu vật liệu cốt là dạng cốt sợi (ngắn hoặc dài) và dạng cốt hạt. Vật liệu gia cường gồm các loại sợi (thủy tinh, cellulose, cacbon, acramic…), hạt (hạt kim loại, hạt đất sét, bột gỗ, bột đá…), hoặc các hình dạng đặc biệt khác.

Tính chất của vật liệu gia cường:

- Đóng vai trò là điểm chịu ứng suất tập trung.

- Tính kháng hóa chất môi trường và nhiệt độ.

- Phân tán tốt vào VL nền.

- Thuận lợi cho quá trình gia công.

- Truyền nhiệt và giải nhiệt tốt.

- Thân thiện với môi trường.

- Hạ thấp giá thành mà đem lai tính chất vượt trội.

3. Lợi ích của vật liệu composite

Nhẹ nhưng cứng vững, chịu va đập, uốn, kéo,… Tốt hơn các vật liệu truyền thống khác (thủy tinh, gốm, gỗ..) rất nhiều.

Độ bền cao: Chịu môi trường, kháng hóa chất cao, không tốn kém trong bảo quản và chống ăn mòn, không cần sơn bảo quản như các loại vật liệu kim loại , gỗ…

Cách điện và cách nhiệt tốt.

Chịu nhiệt, chịu lạnh, chống cháy,…

Không thấm nước, không độc hại.

Thời gian sử dụng lâu hơn (thời gian sử dụng kéo dài). Chịu thời tiết, chống tia tử ngoại, chống lão hoá nên rất bền.

Gia công chế tạo đơn giản, nhanh, đa dạng, dễ tạo hình, thay đổi và sửa chữa dễ.

Chi phí đầu tư thấp: Bảo trì, bảo dưỡng, sửa chữa dễ dàng, chi phí thấp.

Màu sắc đa dạng, đẹp bền vì được pha ngay trong nguyên liệu.

Giá thành thấp mà tính chất vượt trội. Thiết kế, tạo dáng thuận lợi, đa dạng, có nhiều công nghệ để lựa chọn.

4. Một số ứng dụng trong đời sống

Vật liệu composite được ứng dụng trong nhiều ngành công nghệ và sản xuất:

- Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite (hay còn gọi là ống nhựa cốt sợi thủy tinh); ống dẫn xử lý nước thải, dẫn hóa chất composite; ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngậm mặn, nhiễm phèn;

- Vỏ bọc các loại bồn bể, thùng chứa hàng, mặt bàn ghế, trang trí nội thất, tấm panell composite;

- Hệ thống ống thoát rác nhà cao tầng; hệ thống sứ cách điện, sứ polymer, sứ cilicon, sứ epoxy các loại sứ chuỗi, sứ đỡ, sứ cầu giao, sứ trong các bộ thiết bị điện, chống sét, cầu chì;

- Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp; Vỏ tàu thuyền composite, thùng rác công cộng, mô hình đồ chơi trẻ em, Vỏ động cơ tên lửa, Vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ,Bình chịu áp lực cao, ống dẫn xăng dầu composite cao cấp 3 lớp (sử dụng công nghệ cuốn ướt của Nga và các tiêu chuấn sản xuất ống dẫn xăng, dầu).