Vật liệu composite, còn gọi là Vật liệu compozit hay composite là
vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo lên vật liệu
mới có tính năng hơn hẳn các vật liệu ban đầu, khi những vật liệu này
làm việc riêng rẽ. Lịch sử Những vật liệu compozit đơn giản đã có từ rất xa xưa. Khoảng 5000 năm trước công nguyên con
người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để
tránh bị cong vênh khi phơi nắng. Và điền hình về compozit chính là hợp
chất được dùng để ướp xác của người Ai Cập. Chính thiên nhiên đã tạo ra cấu trúc composite trước tiên, đó là thân cây gỗ, có cấu trúc composite, gồm nhiều sợixenlulo dài được kết nối với nhau bằng licnin. Kết quả của sự liên kết hài hoà ấy là thân cây vừa bền và dẻo- một cấu trúc composite lý tưởng. Người Hy Lạp cổ cũng đã biết lấy mật ong trộn với đất, đá, cát sỏi làm vật liệu xây dựng. Và ở Việt Nam,
ngày xưa truyền lại cách làm nhà bằng bùn trộn với rơm băm nhỏ để trát
vách nhà, khi khô tạo ra lớp vật liệu cứng, mát về mùa hè và ấm vào mùa
đông... Mặc
dù composite là vật liệu đã có từ lâu, nhưng ngành khoa học về vật liệu
composite chỉ mới hình thành gắn với sự xuất hiện trong công nghệ chế
tạo tên lửa ở Mỹ từ những năm 1950.
Từ đó đến nay, khoa học công nghệ vật liệu composite đã phát triển trên
toàn thế giới và có khi thuật ngữ "vật liệu mới" đồng nghĩa với "vật
liệu composite". Thành phần và cấu tạo Nhìn
chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân
bố trong một pha liên tục duy nhất. (Pha là một loại vật liệu thành
phần nằm trong cấu trúc của vật liệu composite.) Pha liên tục gọi là vật
liệu nền (matrix), thường làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại.
Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường (reinforcement)
được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống
xước ... Thành phần cốt
Nhóm sợi khoáng chất: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm;
nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt: sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi
Apyeil. Các nhóm sợi khác ít phổ biến hơn: sợi gốc thực vật (gỗ,
xenlulô): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơ dừa,...; sợi gốc khoáng
chất: sợi Amiăng, sợi Silic,...; sợi nhựa tổng hợp: sợi polyeste (tergal, dacron, térylène, ..), sợi polyamit,...; sợi kim loại: thép, đồng, nhôm,... Sợi thuỷ tinh Sợi
thủy tinh, được kéo ra từ các loại thủy tinh kéo sợi được (thủy tinh
dệt), có đường kính nhỏ vài chục micro mét. Khi đó các sợi này sẽ mất
những nhược điểm của thủy tinh khối, như: giòn, dễ nứt gẫy, mà trở nên
có nhiều ưu điểm cơ học hơn. Thành phần của thủy tinh dệt có thể chứa
thêm những khoáng chất như: silic, nhôm, magiê,
... tạo ra các loại sợi thủy tinh khác nhau như: sợi thủy tinh E (dẫn
điện tốt), sợi thủy tinh D (cách điện tốt), sợi thủy tinh A (hàm lượng
kiềm cao), sợi thủy tinh C (độ bền hóa cao), sợi thủy tinh R và sợi thủy
tinh S (độ bền cơ học cao). Loại thủy tinh E là loại phổ biến, các loại
khác thường ít (chiếm 1%) được sử dụng trong các ứng dụng riêng biệt. Sợi BazanSợi hữu cơ Các loại sợi hữu cơ phổ biến: - Sợi
kenvlar cấu tạo từ hợp chất hữu cơ cao phân tử aramit, được gia công
bằng phương pháp tổng hợp ở nhiệt độ thấp (-10 °C), tiếp theo được kéo
ra thành sợi trong dung dịch, cuối cùng được sử lý nhiệt để tăng mô đun
đàn hồi. Sợi kenvlar và tất cả các sợi làm từ aramit khác như: Twaron,
Technora,... có giá thành thấp hơn sợi thủy tinh như cơ tính lại thấp
hơn: các loại sợi aramit thường có độ bền nén, uốn thấp và dễ biến dạng cắt giữa các lớp.
Sợi Cacbon Sợi cacbon chính là sợi graphit (than
chì), có cấu trúc tinh thể bề mặt, tạo thành các lớp liên kết với nhau,
nhưng cách nhau khoảng 3,35 A°. Các nguyên tử cacbon liên kết với nhau,
trong một mặt phẳng, thành mạng tinh thể hình lục lăng, với khoảng cách
giữa các nguyên tử trong mỗi lớp là 1,42 A°. Sợi cacbon có cơ tính
tương đối cao, có loại gần tương đương với sợi thủy tinh, lại có khả
năng chịu nhiệt cực tốt. Sợi Bor Sợi
Bor hay Bore (ký hiệu hóa học là B), là một dạng sợi gốm thu được nhờ
phương pháp kết tủa. Sản phẩm thương mại của loại sợi này có thể ở các
dạng: dây sợi dài gồm nhiều sợi nhỏ song song, băng đã tẩm thấm dùng để
quấn ống, vải đồng phương. Sợi Cacbua Silic Sợi Cacbua Silic (công thức hóa học là: SiC) cũng là một loại sợi gốm thu được nhờ kết tủa. Sợi kim loạiSợi ngắn và các hạt phân tánCốt vải Cốt vải là tổ hợp thành bề mặt (tấm), của vật liệu cốt sợi, được thực hiện bằng công nghệ dệt.
Các kỹ thuật dệt vải truyền thống thường hay dùng là: kiểu dệt lụa
trơn, kiểu dệt xa tanh, kiểu dệt vân chéo, kiểu dệt vải mô đun cao, kiểu
dệt đồng phương. Kiểu dệt là cách đan sợi, hay còn gọi là kiểu chéo
sợi. Kỹ thuật dệt cao cấp còn có các kiểu dệt đa phương như: bện, tết,
và kiểu dệt thể tích tạo nên vải đa phương. Vật liệu nềnChất liệu nền polyme nhiệt rắnNhựa polyeste và nhóm nhựa cô đặc như: nhựa phenol, nhựa furan, nhựa amin, nhựa epoxy. Chất liệu nền polyme nhiệt dẻoNền của vật liệu là nhựa nhiệt dẻo như: PVC, nhựa polyetylen, nhựa polypropylen, nhựa polyamit,... Chất liệu nền cacbonChất liệu nền kim loại Vật liệu compozit nền kim loại có modun đàn hồi rất cao có thể lên tới 110 GPa. Do đó đòi hỏi chất gia cường cũng có modun cao. Các kim loại được sử dụng nhiều là: nhôm, niken, đồng.
Một số sản phẩm từ vật liệu composite
- 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).
- Ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite (hay còn gọi là ống nhựa cốt sợi thủy tinh);
- Ống dẫn 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 tầu thuyền composite (vỏ lãi).....
- Thùng rác công cộng
- Mô hình đồ chơi trẻ em
|