1. Composite là gì? Ưu nhược điểm của vật liệu composite

1.1. Composite là gì?

Composite, hay vật liệu composite, vật liệu compozit, là một loại vật liệu tổng hợp. Composite được tổng hợp từ ít nhất hai loại vật liệu khác nhau. Chính vì vậy, composite không chỉ kế thừa tính chất của những loại vật liệu ban đầu, mà còn vượt trội hơn hẳn những loại vật liệu ban đầu kia.

Nguyên tắc tổng hợp vật liệu composite đã xuất hiện từ rất sớm. Người xưa đã từng băm nhỏ rơm, sau đó trộn với bùn để làm vách nhà. Hoặc loại gạch được tạo ra bằng cách trộn thêm sỏi nhỏ vào đất sét cũng có tính chất cứng rắn và chịu lực tốt hơn so với gạch thông thường. Ngoài ra, bê tông, một loại vật liệu rất quen thuộc và được sử dụng trong các công trình xây dựng, cũng là vật liệu composite.

Mặc dù vật liệu composite đã xuất hiện từ rất sớm, nhưng tên gọi “composite” chỉ thực sự phổ biến trên toàn thế giới từ sau năm 1950 khi công nghệ chế tạo tên lửa xuất hiện và ứng dụng vật liệu composite.

1.2. Ưu và nhược điểm của vật liệu composite

1.2.1. Ưu điểm của vật liệu composite

Vật liệu composite được ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực bởi có những ưu điểm cực kỳ vượt trội so với những loại vật liệu thông thường.

Ưu điểm đầu tiên phải kể đến độ bền cơ nhọc cao. Như đã đề cập đến trước đó, vật liệu composite không chỉ kế thừa những đặc tính của vật liệu thành phần mà còn sở hữu những tính chất vật liệu hơn. Trong đó, mọi loại vật liệu composite đều sở hữu độ bền cơ học cao và thường khá cứng.

Bên cạnh đó, vật liệu composite cũng sở hữu đặc tính uốn kéo tốt, dễ tạo hình và dễ sửa chữa. Tuổi thọ trung bình của các loại vật liệu composite cũng khá dài. Theo ước tính thì tuổi thọ của vật liệu composite gấp 2 – 3 lần sao với gỗ hoặc kim loại.

Ngoài ra, vật liệu composite cũng nổi tiếng với khả năng cách nhiệt và cách điện cực kỳ tốt. Khả năng kháng hóa chất và khoáng ăn mòn tốt cũng là một trong những nguyên nhân khiến cho loại vật liệu này rất được ưa chuộng và sử dụng phổ biến trong tất cả các lĩnh vực. Chính vì chống ăn mòn nên người ta không cần tốn thêm chi phí để phủ sơn chống ăn mòn nên loại vật liệu này.

Mặt khác, trang thiết bị sản xuất và bảo dưỡng vật liệu composite cũng có giá thành tương đối hợp lý. Bởi vì có độ bền và tuổi thọ cao nên những công trình hay máy móc được chế tạo từ vật liệu composite đều có độ bền cao, tiết kiệm được chi phí thay mới hoặc sửa chữa.

1.2.2. Nhược điểm của vật liệu composite

Bên cạnh rất nhiều ưu điểm vượt trội thì vật liệu composite cũng tồn tại một số nhược điểm nhất định. Nhược điểm dễ nhận thấy nhất đó là hầu như không thể tái chế vật liệu composite. Hơn nữa, để sản xuất thành công vật liệu composite cần tốn nhiều thời gian. Chất lượng của loại vật liệu này cũng không cố định. 

Mặc dù có sẵn công thức và dây chuyền máy móc, tuy nhiên để sản xuất ra được vật liệu composite có tính chất tốt thì còn cần công nhân sản xuất có trình độ cao. Chỉ một thay đổi tưởng chừng như vô hại trong quá trình sản xuất cũng có thể ảnh hưởng đến kết cấu và độ bền của loại vật liệu này.

Thêm một nhược điểm nữa của vật liệu composite đó là cần có nhiều loại nguyên liệu thô để sản xuất, tuy nhiên những loại nguyên liệu này lại có giá thành tương đối cao.

2. Vật liệu composite có cấu tạo như thế nào?

Vật liệu composite được cấu tạo từ ít nhất hai loại nguyên liệu thành phần và có thể nhiều hơn. Nhìn chung, cấu tạo của vật liệu composite bao gồm hai thành phần chính là vật liệu cốt và vật liệu nền. Vật liệu cốt là vật liệu có tính chất cơ bản mà người chế tạo ra vật liệu composite muốn có được. Vật liệu nền chỉ đảm nhận vai trò làm chất kết dính và bảo vệ lớp vật liệu cốt bên trọng.

2.1. Vật liệu cốt

Vật liệu cốt để chế tạo nên composite còn được gọi là vật liệu gia cường. Tính chất cứng rắn và bền bỉ của vật liệu composite chủ yếu đến từ vật liệu cốt.

Có hai kiểu vật liệu cốt, đó là vật liệu cốt ở dạng sợi, có thể ngắn hoặc dài, chẳng hạn như sợi thủy tinh, cây sắt, sợi aramic hoặc sợi thủy tinh… Vật liệu cốt ở dạng hạt phổ biến nhất là các hạt kim loại, bột gỗ, bột đá, hạt đất sét…

Vật liệu cốt phải là loại vật liệu sở hữu độ bền cao, có khả năng kháng hóa chất tốt, truyền nhiệt và cũng giải nhiệt tốt, và trên hết là thân thiện với môi trường.

2.2. Vật liệu nền

Vật liệu nền có thể chỉ bao gồm một loại vật liệu hoặc có thể được pha trộn từ nhiều loại vật liệu khác nhau. Vật liệu nền chủ yếu giữ vai trò bảo vệ và  liên kết vật liệu cốt. Vật liệu nền giữ cho thành phẩm được nguyên khối và có đặc tính thống nhất.

Nguyên tắc lựa chọn vật liệu nền đó là phải đáp ứng được tính dẻo dai, độ trơ nhất định và đóng góp những tính chất phụ cho vật liệu composite như màu sắc, cách điện cách nhiệt, không chịu tác động nhiều từ thời tiết…Thông thường, người ta sẽ sử dụng kim loại nấu chảy, xi măng hoặc các loại polymer (như cao su, PVC, PE, polyester…) để làm vật liệu nền.

2.3. Một số loại vật liệu composite phổ biến hiện nay

Hiện nay, có khá nhiều loại vật liệu composite đã được khám phá ra và ứng dụng phổ biến trong thực tế. Sau đây là một số loại vật liệu composite được sử dụng rất phổ biến mà bạn có thể bắt gặp tại bất cứ nơi đâu.

- Giấy tráng nhựa: Giấy tráng nhựa vẫn có thể được sử dụng để in ấn, tuy nhiên có độ bền cao hơn, cứng hơn giấy thông thường, và còn có thể kháng nước ở một mức độ nhất định. Một ứng dụng tiêu biểu của giấy tráng nhựa đó là được sử dụng để chế tạo ra các bộ bài cao cấp.

- Sợi thủy tinh: Đây là loại sợi thủy tinh kết hợp cùng nhựa, vừa bền lại vừa dẻo dai, giá thành cũng tương đối hợp lý.

- Ván ép: Người ta sẽ dán nhiều lớp gỗ mỏng lại với nhau bằng một loại keo đặc biệt để tăng cường độ cứng, độ bền và khả năng chịu lực. Vì vậy nên ván ép còn được gọi là gỗ ép hoặc gỗ kỹ thuật.

- Bê tông cốt thép: Loại vật liệu composite quá quen thuộc trong các công trình xây dựng.

- Bê tông cốt sợi thủy tinh: Có vật liệu cốt là sợi thủy tinh và chứa rất nhiều zirconia.

- Bê tông mờ: Là loại bê tông có vật liệu cốt là sợi quang.

- Tre kỹ thuật: Người ta sử dụng một phương pháp đặc biệt để dán các dải tre lại với nhau, tạo ra thành phẩm trông giống như một tấm ván. Tre kỹ thuật ở hữu độ bền nén cao và dễ dàng uốn, kéo.

- Gỗ nhựa composite: Thực chất là sự kết hợp giữa nhựa và bột gỗ, cho cảm giác  và họa tiết giống như gỗ thật.

- Thép composite: Sở hữu độ bền vượt trội hơn hẳn thép truyền thống, được ứng dụng để làm container hoặc khung thép cho công trình xây dựng.

- Polymer gia cố bằng sợi carbon: Sử dụng nhựa để bao bọc sợi carbon tạo ra loại vật liệu composite có độ bền cao mà trọng lượng lại nhẹ.

- Composite kim loại: Là sự kết hợp giữa kim loại và nhựa tổng hợp.

- Gốm composite: Có độ bền cao hơn gốm bình thường. Hơn thế nữa, gốm composite cũng bền hơn với nhiệt độ cao và khó vỡ hơn.

Ngoài ra, nhiều người thường nhầm lẫn nhựa và vật liệu composite. Trên thực tế, nhựa không được coi là vật liệu composite. Nhựa polyme cũng không phải là vật liệu composite. Chỉ có một vài loại nhựa tổng hợp mới là vật liệu composite.

Trên đây là những thông tin trả lời cho câu hỏi “Composite là gì?”. Composite sở hữu độ bền và nhiều ưu điểm vượt trội hơn so với các loại vật liệu thành phần, vì vậy ngày càng được ứng dụng rộng rãi hơn. Vật liệu composite chủ yếu được ứng dụng để sản xuất các loại sản phẩm yêu cầu cao về độ bền và kể cả là tính thẩm mỹ.