VẬT LIỆU COMPOSITE LÀ GÌ?
Vật liệu composite là vật liệu được tạo ra bằng cách tổng hợp (hay kết hợp) từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau để tạo nên một vật liệu mới có các tính chất vượt trội hơn hẳn so với các vật liệu ban đầu.
LỊCH SỬ VẬT LIỆU COMPOSITE
Vật liệu hổn hợp đã có từ rất lâu, khoảng 5000 năm trước công nguyên con người đã biết trộn những viên đá nhỏ vào đất để làm gạch nhằm tránh bị cong vênh khi phơi nắng…
Hoặc chúng ta hãy lấy ví dụ sự hình thành nên thân cây gỗ; Thân cây gỗ có cấu trúc Composite được tạo ra từ thiên nhiên gồm: Rất nhiều sợi Cellulose dài được kết nối với nhau bằng Lignin, Kết quả của sự liên kết này đã tạo nên một thân cây gỗ vừa bền dẻo, cứng cáp
Tóm lại thân cây gỗ có một cấu trúc composite rất lý tưởng ngoài tự nhiên. (Lignin tự nhiên như một dạng polymer giúp liên kết các sợi Cellulose tạo nên sự cứng cáp cho thân cây).
Người Hy Lạp cổ cũng đã biết lấy mật ong trộn với đất, đá, cát sỏi làm vật liệu xây dựng, hoặc ngày xưa truyền người ta thường làm nhà bằng cách lấy 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 được gọi là “vật liệu mới” hoặc “vật liệu composite”.
CẤU TẠO VÀ THÀNH PHẦN COMPOSITE GỒM
THÀNH PHẦN VẬT LIỆU CỐT:
- Vật liệu cốt lõi hay còn gọi là vật liệu gia cường, có vai trò đảm bảo cho composite có được các đặc tính cơ học cần thiết. Về cơ bản có hai kiểu vật liệu cốt lõi là dạng cốt sợi ngắn hoặc cốt sợi dài hoặc cốt dạng hạt.
- Nhóm sợi khoáng chất: sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi gốm, …
- Nhóm sợi tổng hợp ổn định nhiệt: sợi Kermel, sợi Nomex, sợi Kynol, sợi Apyeil, …
- Nhóm sợi khác it phổ biến hơn: sợi gốc thực vật (gỗ, xenlulô): giấy, sợi đay, sợi gai, sợi dứa, sơ dừa,…
- Nhóm sợi gốc khoáng chất: sợi Amiăng, sợi Silic,…
- Nhóm sợi nhựa tổng hợp: sợi polyeste (tergal, dacron, térylène,..), sợi polyamit,…
- Nhóm sợi kim loại: thép, đồng, nhôm,…
THÀNH PHẦN VẬT LIỆU NỀN:
- Vật liệu nền có vai trò đảm bảo cho các thành phần cốt của composite liên kết với nhau nhằm tạo ra tính nguyên khối và thống nhất cho composite. Có các dạng vật liệu nền điển hình như nền hữu cơ (nền nhựa), nền kim loại, nền khoáng, nền gốm, …
- Chất liệu nền polyme nhiệt rắn: Nhựa polyeste và nhóm nhựa cô đặc như: nhựa phenol, nhựa furan, nhựa amin, nhựa epoxy. Nhựa epoxy được sử dụng nhiều (sau polyeste không no) trong công nghiệp composite. Do những đặc tính cơ học cao của nhựa epoxy, người ta sử dụng nó để tạo ra các composite có độ bền cao dùng cho ngành chế tạo máy bay, tàu vũ trụ, tên lửa v.v… Nhựa epoxy có những đặc tính cơ học như kéo, nén, uốn, va đập và từ biến… hơn polyeste.
- Chất liệu nền polyme nhiệt dẻo: Nền của vật liệu là nhựa nhiệt dẻo như: PVC, nhựa polyetylen, nhựa polypropylen, nhựa polyamit,…
- Chất liệu nền carbon: Nền carbon có tính cơ lý tương tự như sợi carbon, đảm bảo tính chịu nhiệt độ cao cho composite carbon-carbon và khai thác triệt để ưu điểm các sợi carbon trong vật liệu composite. Picocarbon: là loại vật liệu đồng nhất đa tinh thể có độ bền nhiệt và bền hố rất tốt, một dạng cấu trúc chuyển tiếp của carbon. Thủy tinh carbon: là sản phẩm cảu quá trình xử lý nhiệt các polyme lưới, có sự đóng rắn không thuận nghịch khi nung nóng. Thủy tinh carbon có nhiều ưu điểm: đẳng hướng, có tính không thấm khí, cứng, bền cơ lý hố.
- Chất liệu nền kim loại: Vật liệu tổng hợp 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.
| Sợi Carbon: Sợi carbon nhẹ và có độ bền tuyệt vời, khiến nó trở thành lựa chọn phổ biến cho các ứng dụng hàng không vũ trụ, nơi việc giảm trọng lượng là rất quan trọng. | Sợi thủy tinh: Sợi thủy tinh được làm từ các sợi thủy tinh mỏng được nhúng trong một ma trận nhựa. Mặc dù không bền hoặc nhẹ như sợi carbon, sợi thủy tinh vẫn được sử dụng trong một số bộ phận máy bay. | Sợi Aramid (ví dụ: Kevlar): Sợi Aramid, giống như Kevlar, có độ bền cao và thường được sử dụng ở những khu vực cần khả năng chống va đập, chẳng hạn như tấm bảo vệ hoặc các bộ phận. |
 |  |  |
PHÂN LOẠI COMPOSITE
Có các loại vật liệu Composite cơ bản như sau:
- Vật liệu tổng hợp polyme
- Vật liệu tổng hợp carbon-carbon: Đây là vật liệu nền carbon cốt sợi carbon.
- Vật liệu tổng hợp gốm
- Vật liệu tổng hợp kim loại
- Vật liệu tổng hợp tạp lai
- Gỗ tổng hợp: Gỗ tổng hợp (WPC – wood plastic composite) là một loại vật liệu tổng hợp được ép tạo hình từ bột gỗ, nhựa, ngoài ra nó còn được phối trộn thêm các chất phụ gia như chất tạo màu, chất ổn định, chất gia cường, chất chống cháy.
ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE
ƯU ĐIỂM CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE
- Khối lượng riêng nhỏ, độ bền cơ học cao, độ cứng vững và uốn kéo tốt
- Khả năng chịu đựng thời tiết, chống lão hóa, chống tia UV cao, cách điện và cách nhiệt tốt
- Khả năng kháng hóa chất và kháng ăn mòn cao, không gây tốn kém trong bảo quản, không cần phải sơn phủ chống ăn mòn
- Gia công Composite, chế tạo Composite đơn giản, dễ tạo hình, tạo màu, thay đổi và sửa chữa, chi phí đầu tư trang thiết bị sản xuất và chi phí bảo dưỡng thấp
- Tuổi thọ sử dụng cao (thời gian sử dụng dài hơn kim loại, gỗ khoảng 2-3 lần)
NHƯỢC ĐIỂM CỦA VẬT LIỆU COMPOSITE
- Khó tái chế, tái sử dụng khi hư hỏng hoặc là phế phẩm trong quá trình sản xuất
- Giá thành nguyên liệu thô tương đối cao, phương pháp gia công tốn thời gian
- Phức tạp trong phân tích cơ, lý, hóa tính của mẫu vật
- Chất lượng vật liệu bị phụ thuộc nhiều vào trình độ của công nhân
