Ứng dụng của vật liệu composite

Vật liệu Composite đang được sử dụng rộng rãi ở nhiều lĩnh vực cuộc sống như hàng không vũ trụ, hàng hải, giao thông vận tải, quốc phòng và thiết kế nội thất. Vậy chất liệu composite là gì? Vật liệu này trong nội thất có ưu nhược điểm gì? Làm thế nào để phân loại chúng? Và có những ứng dụng cụ thể nào trong đời sống hàng ngày? Hãy cùng NAACO khám phá thông tin chi tiết trong bài viết dưới đây!

Vật liệu Composite là gì?

Vật liệu composite là một loại vật liệu được tạo ra bằng cách kết hợp hai hoặc nhiều loại vật liệu khác nhau để tạo ra một sản phẩm mới có các tính chất vật lý và cơ học tốt hơn so với từng vật liệu riêng lẻ. Đặc điểm quan trọng của vật liệu composite là sự kết hợp của ít nhất hai thành phần chính là vật liệu nền và vật liệu cốt

Lịch sử hình thành vật liệu Composite

Vật liệu composite có lịch sử lâu đời, có thể bắt nguồn từ các vật liệu tự nhiên như gỗ, xương, vỏ trứng,… Người Ai Cập cổ đại đã biết sử dụng vỏ trứng để làm chất kết dính, người Hy Lạp cổ đại đã biết sử dụng sợi lanh để gia cường đất sét, người Trung Quốc cổ đại đã biết sử dụng sợi tre để làm thuyền,…

Vật liệu composite nhân tạo đầu tiên được phát minh vào năm 1846 bởi nhà hóa học người Đức Christian Friedrich Schönbein. Ông đã phát hiện ra rằng khi trộn axit sunfuric với nhựa thông, một chất liệu mới có độ bền cao hơn nhựa thông thông thường được tạo ra.

Tuy nhiên, vật liệu composite chỉ thực sự được phát triển mạnh mẽ vào thế kỷ 20, đặc biệt là trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Vào năm 1907, nhà hóa học người Mỹ gốc Bỉ Leo Hendrik Baekeland đã phát minh ra Bakelite, một loại nhựa nhiệt rắn đầu tiên. Bakelite được sử dụng để chế tạo các bộ phận của máy bay, tàu vũ trụ,…

Trong những năm sau đó, vật liệu composite tiếp tục được phát triển với sự ra đời của nhiều loại vật liệu mới, như sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi aramid,… Các loại vật liệu này có độ bền, độ cứng, độ chịu lực,… cao hơn nhiều so với các loại vật liệu truyền thống, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của các sản phẩm.

Cấu tạo của composite

Vật liệu composite được cấu tạo từ hai thành phần chính là vật liệu nền và vật liệu cốt.

Vật liệu nền là thành phần liên tục, chiếm phần lớn thể tích của vật liệu composite. Vật liệu nền có tác dụng bao bọc, bảo vệ vật liệu cốt và truyền tải lực cho vật liệu cốt. Vật liệu nền có thể là các vật liệu như nhựa, kim loại, gốm, thủy tinh,…
Vật liệu cốt là thành phần gián đoạn, phân bố trong vật liệu nền. Vật liệu cốt có tác dụng tăng cường độ bền, độ cứng, độ đàn hồi,… cho vật liệu composite. Vật liệu cốt có thể là các vật liệu như sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi aramid, sợi kim loại,…

Đặc tính của composite

Tùy theo vật liệu nền và vật liệu cốt mà composite có thể có các đặc tính khác nhau. Tuy nhiên, nhìn chung, composite có những đặc tính nổi bật sau:

Nhẹ

Composite có trọng lượng nhẹ hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống, như kim loại, gỗ,… Điều này khiến composite trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng cần giảm trọng lượng, như trong ngành hàng không, hàng hải,…

Cứng vững

Composite có độ bền và độ cứng cao, chịu được tải trọng lớn. Điều này khiến composite trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng chịu lực, như trong ngành xây dựng, cơ khí,…

Chịu va đập tốt

Composite có khả năng hấp thụ xung lực tốt, giúp bảo vệ vật liệu khỏi bị hư hỏng do va đập. Điều này khiến composite trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng cần chịu va đập, như trong ngành thể thao, quân sự,…

Chịu hóa chất tốt: Composite có khả năng chống chịu tốt với các tác nhân hóa học, như axit, bazơ,… Điều này khiến composite trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng tiếp xúc với hóa chất, như trong ngành hóa dầu, xử lý nước,…

Chịu nhiệt tốt

Composite có khả năng chịu nhiệt cao, giúp bảo vệ vật liệu khỏi bị hư hỏng do nhiệt độ cao. Điều này khiến composite trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng chịu nhiệt, như trong ngành điện, điện tử,…

Ngoài ra, composite còn có một số đặc tính khác, như:

Tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt

Composite được sử dụng để tạo ra các vật liệu dẫn điện, dẫn nhiệt tốt.

Tính từ tính tốt

Composite tạo ra các vật liệu từ tính tốt.

Tính quang học tốt

Composite tạo ra các vật liệu có tính quang học tốt, như kính ô tô, kính xây dựng,…

Chất liệu composite có tốt không?

Ưu điểm

Khối lượng nhẹ, độ bền cơ học cao và khả năng uốn cong dễ dàng, tạo thuận lợi cho việc thiết kế hoa văn và kiểu dáng sản phẩm.
Chống tia UV mạnh mẽ, khả năng chịu thời tiết tốt, chống lão hóa, cách điện và cách nhiệt xuất sắc.
Khả năng chống ăn mòn và hóa chất cao, giảm chi phí bảo quản, không yêu cầu sơn phủ chống ăn mòn.
Dễ dàng mô phỏng các vật liệu khác như đá, kim loại, gỗ, gốm,… với vật liệu composite .
Quá trình chế tạo và gia công đơn giản, có thể tạo màu sắc, hình dạng, thực hiện sửa chữa hoặc thay đổi một cách thuận tiện. Chi phí đầu tư và bảo dưỡng thiết bị không cao.
Vật liệu composite cốt sợi thủy tinh có khả năng hấp thụ sóng điện tử tốt.
Tuổi thọ của composite cao hơn gấp từ 2 đến 3 lần so với gỗ hoặc kim loại.

Nhược điểm

Nhược điểm của vật liệu composite nằm ở khía cạnh khó tái chế, đó trở thành phế phẩm nếu không được sử dụng trong quá trình sản xuất.
Nguyên liệu thô để sản xuất composite có giá thành khá cao, và quá trình gia công và tạo ra chất liệu composite cũng mất thời gian đáng kể.
Quá trình phân tích mẫu vật composite và các yếu tố cơ, lý, hóa liên quan đến nó khá phức tạp.
Chất lượng của vật liệu composite chịu ảnh hưởng đáng kể từ trình độ chuyên môn của công nhân tham gia sản xuất.

Nhựa có phải là một loại composite không?

Composite là một vật liệu tổng hợp được tạo thành từ hai hoặc nhiều vật liệu khác nhau, mỗi vật liệu đóng vai trò riêng trong tổng thể. Các vật liệu này được kết hợp với nhau theo một cách nào đó để tạo ra một vật liệu có đặc tính vượt trội hơn bất kỳ vật liệu nào trong số chúng.

Nhựa là một vật liệu đơn lẻ, không có thành phần nào khác ngoài nhựa. Nhựa được tạo thành từ các phân tử polymer, có thể được liên kết với nhau theo nhiều cách khác nhau để tạo ra các loại nhựa có đặc tính khác nhau. Tuy nhiên, nhựa vẫn là một vật liệu đơn lẻ, không phải là một composite.

Một số loại nhựa có thể được sử dụng làm thành phần của composite. Ví dụ, nhựa polyester và nhựa epoxy thường được sử dụng làm chất nền trong composite cốt sợi thủy tinh. Tuy nhiên, trong trường hợp này, nhựa chỉ đóng vai trò là một thành phần của composite, chứ không phải là composite chính.

Như vậy, có thể hiểu nhựa là một vật liệu có thể được sử dụng để tạo ra composite, nhưng bản thân nhựa không phải là một loại composite.

Vật liệu Composite có mấy loại?

Vật liệu composite có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau, dựa trên các tiêu chí như:

Phân loại theo dạng vật liệu cốt

Composite cốt sợi: Đây là loại composite phổ biến nhất, trong đó vật liệu cốt là các sợi, có thể là sợi tự nhiên hoặc sợi tổng hợp
Composite cốt hạt: Trong loại composite này, vật liệu cốt là các hạt, có thể là hạt kim loại, hạt gốm, hạt nhựa,…
Composite cốt tấm: Vật liệu cốt là các tấm, có thể là tấm kim loại, tấm gốm, tấm nhựa,…

Phân loại theo dạng vật liệu nền

Composite nền polymer: Đây là loại composite phổ biến nhất, trong đó vật liệu nền là các polymer, có thể là nhựa polyester, nhựa epoxy, nhựa vinyl ester,…
Composite nền kim loại: Trong loại composite này, vật liệu nền là các kim loại, có thể là nhôm, thép, titan,…
Composite nền gốm: Vật liệu nền là các gốm, có thể là xi măng, đất sét,…
Phân loại theo đặc tính cơ học:
Composite cường độ cao: Đây là loại composite có cường độ chịu kéo, chịu nén, chịu va đập cao.
Composite độ bền cao: Đây là loại composite có độ bền chịu mỏi, chịu ăn mòn cao.
Composite nhẹ: Đây là loại composite có khối lượng riêng thấp.

Ứng dụng Composite trong đời sống thực tế

Ứng dụng vật liệu Composite trong kiến trúc nội thất

Sử dụng làm sản phẩm ngoài trời

Vật liệu composite thường xuất hiện trong các sản phẩm nội thất dành cho không gian ngoại thất, như bàn, ghế, và là chất liệu cho hồ bơi. Sự lựa chọn này chủ yếu bắt nguồn từ những ưu điểm về khả năng chống ẩm mốc, khả năng chống thấm nước, và khả năng chịu đựng ánh nắng và mưa.

Sử dụng làm sản phẩm trang trí

Các đối tượng trang trí như tượng, bình hoa, hoàn toàn có thể mang đến một diện mạo mới cho không gian nội thất hiện đại khi sử dụng chất liệu composite. Tạo thành từ sự kết hợp của nhiều chất liệu khác nhau, chúng sở hữu màu sắc và hình dạng nổi bật, đồng thời ít bị phai màu, khá chống ẩm mốc, và dễ dàng gia công. Những sản phẩm trang trí này thường được ưa chuộng với sự độc đáo của chúng.

Giả các vật liệu khác bằng composite

Tạo ra những bản sao của các vật liệu khác giúp sản phẩm có vẻ ngoài đẹp hơn. Đồng thời, nó còn mang lại những đặc tính nổi bật mà vật liệu gốc không có. Sự đa dạng trong cấu trúc của vật liệu composite cung cấp một diện mạo ngoại hình đa dạng và phong phú. Trong lĩnh vực nội thất, vật liệu composite có khả năng làm giả các chất liệu như đá, gỗ tự nhiên, kim loại, và nhiều loại khác.

Ứng dụng vật liệu composite trong các lĩnh vực khác

Ứng dụng trong hàng không, vũ trụ: Vỏ động cơ tên lửa, vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ,…

Gần đây, nhiều bộ phận trên máy bay đã chuyển từ sử dụng vật liệu truyền thống sang chất liệu composite, bao gồm các phần như bộ phận dẫn hướng, cánh, khung xương, và thân máy bay. Theo thống kê của hãng Boeing, khoảng 50% chiếc máy bay Boeing Dreamliner 787 sử dụng chất liệu composite.

Sự lựa chọn này không ngạc nhiên khi được áp dụng trong ngành hàng không và vũ trụ, nhờ vào đặc tính bền và độ cứng cao với khối lượng riêng tương đối lớn. Việc sử dụng chất liệu composite giúp giảm trọng lượng máy bay đáng kể, tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường và tăng hiệu suất kinh tế.

Hơn nữa, các chi tiết phức tạp trên máy bay cũng đã được chuyển sang sử dụng chất liệu composite. Điều này mang lại sự giảm nhẹ và giảm chi phí trong quá trình lắp đặt sản phẩm. Chẳng hạn, vật liệu composite cốt sợi thủy tinh có tính trong suốt với sóng radar được tích hợp trong máy bay quân sự và công nghệ vũ trụ.

Ứng dụng trong giao thông vận tải: Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp,..

Hãy trải nghiệm sự nhẹ nhàng và đẳng cấp với chất liệu composite! Một số chi tiết của xe mô tô và ô tô hiện đã được thay thế bằng chất liệu này. Không chỉ là sự thay thế cho gỗ, ván, sắt,… chất liệu composite còn mang đến lợi ích về trọng lượng nhẹ và nhiều đặc tính vượt trội khác.

Ứng dụng trong công nghiệp hóa chất:

Sản xuất bồn chứa dung dịch kiềm với gelcoat thay vì epoxy, bồn chứa dung dịch acid sử dụng epoxy hoặc nhựa vinyleste thay cho gelcoat. Chế tạo ống dẫn hóa chất composite và ống dẫn xăng dầu composite 3 lớp cao cấp với công nghệ cuốn ướt theo tiêu chuẩn, là những ứng dụng đặc biệt của chất liệu composite trong ngành công nghiệp hóa chất và dầu khí.

Trong dân dụng:

Chất liệu composite được ứng dụng để sản xuất các sản phẩm gia dụng như chén, đũa, tô, bình, và còn được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác:

Các loại ống dẫn nước, bao gồm ống dẫn nước sạch, nước thô, và nước nguồn composite.
Ống thủy nông và ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngập mặn hoặc nhiễm phèn.
Ống dẫn nước thải.
Hệ thống thoát rác cho các tòa nhà cao tầng.
Chất liệu composite đang ngày càng trở thành lựa chọn phổ biến trong nhiều lĩnh vực đo đặc tính đa dạng và tính ứng dụng cao của nó.

Ứng dụng trong hàng hải: Vỏ tàu thuyền composite (vỏ lãi)…

Chất liệu này được ứng dụng để chế tạo tàu, thuyền, làm ghe, và sản xuất các sản phẩm như thùng và nhiều ứng dụng khác.

Ứng dụng trong quốc phòng:

Chế tạo các phương tiện chiến đấu như máy bay, phi thuyền, tàu, cano và sản xuất thiết bị quân sự như bia tập bắn, bồn chứa nước hoặc hóa chất, khay trồng rau, là một ứng dụng đa dạng của chất liệu composite. Với nhiều đặc tính vượt trội so với các chất liệu khác, chất liệu này trở thành xu hướng cho tương lai. Sự đa dạng và tin cậy của chất liệu composite ngày càng được biết đến và ứng dụng không chỉ trong lĩnh vực quốc phòng mà còn trong không gian nội thất và các sản phẩm gia dụng khác. Bạn đã sử dụng sản phẩm nào được làm từ chất liệu composite trong nhà bạn chưa? Hãy chia sẻ trong phần bình luận!

Đánh giá