VẬT LIỆU COMPOSITE

Composite đã có từ rất xa xưa, cách đây mấy ngàn năm con người đã biết trộn lẫn những viên đá nhỏ vào đất trước khi làm gạch để tránh bị cong vênh khi phơi nắng.

Trong thiên nhiên đã có cấu trúc composite tự nhiên sẵn có là thân cây gỗ, gồm  rất nhiều sợi xenlulo 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".

1. 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 BAZAN

SỢI 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 LOẠI

SỢI NGẮN VÀ CÁC HẠT PHÂN TÁN

CỐT 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 chuyền 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.

2. Vật Liệu Nền

CHẤT LIỆU NỀN POLYME NHIỆT RẮN

Nhựa polyeste và nhóm nhựa cô đặc như: nhựa phenol, nhựa furan, nhựa amin, nhựa epoxy.

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 CACBON

CHẤT 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.

3. Phân loại vật liệu composite

Vật liệu composite polyme

Vật liệu composite cacbon-cacbon

Vật liệu composite gốm

Vật liệu composite kim loại

Vật liệu composite tạp lai

4. Công nghệ chế tạo

Công nghệ khuôn tiếp xúc

Lát tay

Phun

Lát máy

Công nghệ khuôn với diaphragm đàn hồi

Khuôn chân không

Khuôn chân không- autoclave

Khuôn ép diaphragm

Công nghệ dập trong khuôn

Dập trực tiếp

Dập đúc

Dập ép nóng

Công nghệ quấn

Máy quấn

Công nghệ pulltrusion

5. 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 composite dẫn xăng dầu 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  bể, bồn composite, thùng chở hàng composite, mặt bàn ghế composite, 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