VẬT LIỆU COMPOSITE LÀ GÌ

VẬT LIỆU COMPOSITE LÀ GÌ
VẬT LIỆU COMPOSITE LÀ GÌ

Vật liệu composite là gì, liệu có phải là vật liệu của tương lai?

Compsite còn gọi là Vật liệu tổng hợp, Vật liệu compozit, hay composite là vật liệu được tổng hợp từ hai hay nhiều loại vật liệu khác nhau, nhằm mục đích tạo nên một vật liệu mớiưu việt và bền hơn so với các vật liệu ban đầu. Vật liệu composite bao gồm vật liệu nền và cốt. Vật liệu nền đảm bảo việc liên kết các cốt lại với nhau, tạo cho vật liệu gồm nhiều thành phần có tính nguyên khối, liên tục, đảm bảo cho composite độ bền nhiệtbền hoá và khả năng chịu đựng khi vật liệu có khuyết tật. Vật liệu nền của composite có thể là polyme, các kim loại và hợp kim, gốm hoặc các bon (carbon). Vật liệu cốt đảm bảo cho composite có các mođun đàn hồi và độ bền cơ học cao. Các cốt của composite có thể là các hạt ngắn, bột, hoặc các sợi cốt như sơi thuỷ tinhsợi polyme, sợi gốm, sợi kim loại và sợi các bon – carbon,… 

 

Đây có lẽ là một cấu trúc lý tưởng về vật liệu tổng hợp composite, sự tự nhiên của thiên nhiên đã giúp con người tạo ra được những vật liệu thật tuyệt vời để sử dụng hiện nay. Hàng loạt những chứng minh có thể khẳng định vật liệu tổng hợp composite được phát minh rất nhiều lần không chỉ trên thế giới mà còn ở Việt Nam cũng xuất hiện. Cùng tìm hiểu về việc người Hy Lạp cổ đã biết cách sử dụng mật ong trộn với đất, đá, cát , sỏi để làm vật liệu xây dựng, nhưng để xây dựng được một ngôi nhà lớn, thì số lượng mật ong bỏ ra cũng không phải nhỏ, vì thế khá tốn kém chi phí. Rời Hy Lạp, chúng ta biết được ở Việt Nam, cha ông ta đã truyền lại cho con cháu cách làm nhà bằng bùn trộn với rơm băm nhỏ để trát vách nhà, khi khô tạo được lớp vật liệu cứng, mát về mùa hè và ấm áp vào mùa đông, đây là phát minh rất sáng tạo lại không tốn kém, vì Việt Nam là quốc gia nông nghiệp, chủ yếu sống bằng nghề làm nông, lúa nước, lại nhiều sông ngòi nên phù sa và bùn đất rất nhiều.

Vật liệu composite được hình thành từ rất sớm, nhưng cái tên khoa học , vật liệu tổng hợp, vật liệu composite lại chỉ mới hình thành gắn với sự xuất hiện trong công nghệ chế tạo tên lửa ở Mỹ từ những năm 1950. Và dưới nền cở sở hình thành đó, khoa học công nghệ vật liệu composite đã tiếp tục phát triển trên toàn thế giới , rồi được hình thành với tên gọi “ vật liệu mới” rồi là “ vật liệu composite”.

Cấu tạo vật liệu composite:

Nhiều chuyên gia đã cho biết, để tạo nên được sản phẩm vật liệu composite, người ta cần tổng hợp một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một pha liên tục duy nhất.  Tìm hiểu về pha, chúng tôi biết được rằng, pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu trúc của vật liệu tổng hợp, mỗi pha liên tục được gọi là vật liệu nền( matrix) , với nhiệm vụ chính là liên kết các pha gián đoạn, và mỗi pha gián đoạn với cốt và vật liệu tăng cường(reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, đặc biệt là tính kết dính, chống mòn, chống xước,… những tính năng vượt trội thực sự cần thiết trong quá trình làm việc, sử dụng các vật liệu, sản phẩm.

Thành phần cốt lõi

Được coi là vật liệu quan trọng trong cấu trúc của vật liệu composite, vật liệu cốt hay là vật liệu gia cường, đúng như tên gọi của nó giúp cho vật liệu composite có được những đặc tính cơ học cần thiết, với hai loại cơ bản là dạng cốt sợi ( ngắn hay dài), và dạng cốt hạt.

Ngoài ra bên trong cấu trúc của vật liệu composite còn gồm các sợi khoáng chất gồm: sợi thủy tinh, sợi cacbon, sợi gốm và nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt như các sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil. Và thậm chí những sợi ít phổ biến hơn nhưng cũng có tác dụng rất lớn trong việc tạo nên một cấu trúc hoàn chính của vật liệu composite như: : sợi gốc thực vật (gỗ, xenlulôzơ,…): 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,… Cùng nhau tìm hiểu về thông tin chi tiết về các sợi chủ yếu trong cấu trúc tạo nên vật liệu composite, để hiểu rõ rằng tại sao các loại sợi liên kết với nhau một cách chặt chẽ và hoàn hảo tới như vậy.

  • Sợi thủy tinh: những thông tin nhận được về loại sợi thủy tinh là loại sợi được tạo ra từ quá trình kéo từ các loại thủy tinh kéo sợi được ( chủ yếu là loại thủy tinh dệt), đây là loại sợi thủy tinh có đường kính nhỏ chỉ vài chục micro mét, với quá trình kéo sợi, thủy tinh mất đi những nhược điểm còn tồn tại của thủy tinh khối, được kể đến như: giòn, dễ nứt gãy, mà trở nên có nhiều ưu điểm cơ học hơn. Có thể khẳng định những tính năng của sợi thủy tinh là nhờ vào các khoáng chất như: silic, nhôm, magiê,… và tổng hợp những khoáng chất để tạo nên những loại sợi thủy tinh khác nhau, bao gồm: 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). Đặc biệt là 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 Bazan

  • Các loại sợi hữu cơ phổ biến: được hình thành từ hợp chất hữu cơ, sợi kenvlar, cấu tạo từ hợp chất hữu cơ cao phân tử aramit, dưới sự gia công bằng phương pháp tổng hợp ở nhiệt độ thấp ( -10 độ C), sau đó được kéo thành các sợi nhỏ trong dung dịch, và kết thúc quá trình xử lý nhiệt để tăng mô đun đàn hồi. Trên thị trường hiện nay, giá thành của các sợi Kenvlar, hay những sợi được tạo nên từ nguyên lý từ các chất hữu cơ như Twaron, Technora,… có giá thành thấp hơn so với sợi thủy tinh, nhưng thường tính năng của sợi từ các chất hữu cơ này lại không cao như sợi thủy tinh, có thể thấy, các loại sợi Aramit có độ bền kém, uốn thấp và dễ biến dạng cắt giữa các lớp.

  • Sợi Carbon: chính là sợi grphit ( than chì) với cấu trúc bề mặt tạo thành các lớp liên kết với nhau, nhưng cách nhau khoảng 3.35 A độ. Như chúng ta đã biết, các phân tử các phân tử Carbon, được tạo thành từ những nguyên tử carbon, mà các nguyên tử lại liên kết với nhau rất chặt chẽ, trong một mặt phẳng, tạo thành mạng tinh thể lục lăng, với khoảng cách giữa cách  giữa các nguyên tử trong mỗi lớp là 1.42 A độ,chính vì sự liên kết mà độ bền cũng như độ đàn hồi của sợi carbon rất cao, đây được coi là cấu trúc bền vững mạnh. Đánh giá về tính năng của sợi carbon, là loại sợi có cơ tính cao, lại gần tương đương với sợi thủy tinh, và khả năng chịu nhiệt rất tốt giúp chúng trở thành một sợi quan trọng trong quá trình tổng hợp vật liệu composite.

  • Sợi Bor: còn được gọi với tên Bore ( ký hiệu là B- trong hóa học),  là một dạng sợi được tạo thành nhờ phương pháp kết tủa. Sau quá trình kết tủa, chúng ta sẽ nhận được một thành phẩm với nhiều hình dạng khác nhau: như sợi dài, gồm nhiều sợi nhỏ, song song, băng đã tẩm thấm dùng để quấn ống, vài đồng phương.

  • Sợi Cacbua Silic ( với công thức hóa học SiC): cũng được hình thành từ quá trình kết tủa, và là một loại sợi gốm thu.

  • Sợi kim loại

  • Sợi ngắn và các hạt phân tán

  • Cốt vải: là tấm được hình thành tổ hợp ở bề mặt, từ các vật liệu cốt sợi được hình thành khi thực hiện công nghệ dệt. Với những kỹ thuật dệt khác nhau có thể tạo ra được cốt vải khác nhau, từ những kiểu dệt vải truyền thống thường dùng như kiểu dệt lụa trơn, kiểu dệt xa tanh, kiểu dệt vân chéo, kiểu dệt vải mô đun cao, kiểu dệt đồng phương đến những kiểu dệt, kỹ thuật dệt đa phương, kể đến: bện, tết và kiểu dệt thể tích tạo nên vải đa phương. Tìm hiểu các kiểu dệt, mới hiểu được kỹ cách tạo nên cốt vải, kiểu dệt được hình thành từ quá trình đan sợi, hay là kiểu chéo sợi.

  • Vật liệu nền: đây được coi là vật liệu có tính quyết định đến sự liên kết trong cấu trúc của vật liệu composite, được đảm nhận vai trò là thành phần cốt của vật liệu tổng hợp, liên kết với nhau tạo nên tính nguyên khối, tính thống nhất, nhất quán trong cấu trúc composite. Người thiết kể thường sử dụng một số loại vật liệu nền điển hình, không thể bỏ qua với loại: nền hữu cơ ( nền nhựa), nền kim loại, nền khoáng, và nền gốm.

  • Chất liệu nền polyme nhiệt rắn

  • Nhựa polyester và nhóm nhựa cô đặc gồm: nhựa phenol, nhựa furan, nhựa amin, nhựa epoxy. Nhựa epoxy là loại nhựa được ưu tiên sử dụng phổ biến (sau polyeste không no) trong công nghiệp composite.  Nguyên nhân chính cho việc nên sử dụng nhiều nhựa epoxy là loại nhựa có  đặc tính cơ học cao, vì thế khi sử dụng để tạo vật liệu tổng hợp composite, giúp vật liệu có độ bền cao hơn, đặc biệt thích hợp dùng trong việc chế tạo máy bay, tàu vũ trụ, tên lửa,… với những đặc tính ưu việt như kéo, uốn, nén, va đập và từ biến, hơn polyeste,… nên trong khoa học, hay trong ngành sản xuất vẫn ưu tiên sử dụng nhựa epoxy.

  • Chất liệu nền polyme nhiệt dẻo: với nền của vật liệu là nhựa nhiệt dẻo là : PVC, nhựa polyetylen, nhựa polypropylen, nhựa polyamit,…

  • Chất liệu nền carbon

  • Chất liệu nền kim loại: Vật liệu nền tổng hợp kim loại có modun đàn hồi rất cao, có thể lên tới 110 GPa, vì thế mà chất gia cường cũng có modun cao, vì thế mà sử dụng hầu hết các loại kim loại như nhôm, niken, đồng.

    • Phân loại vật liệu composite:

  • Vật liệu tổng hợp polyme

  • Vật liệu tổng hợp cacbon-cacbon

  • Vật liệu tổng hợp gốm

  • Vật liệu tổng hợp kim loại

  • Vật liệu tổng hợp tạp lai

  • Gỗ tổng hợp: ( WPC – wood plastic composite) đây là một loại vật liệu tổng hợp được tạo thành nhờ quá trình ép hình từ bột gỗ, và nhựa , sau đó còn được  phối trộn thêm các chất phụ gia như chất tạo màu, chất ổn định, chất gia cường, hay chất chống cháy.


Gửi tin nhắn
Gọi cho chúng tôi
Chat qua facebook
Chat qua zalo
Văn phòng
Hotline tư vấn: 0763 758 809 - 0236 567 0068