Công nghệ phát triển mang đến nhiều vật liệu mới, có tính ứng dụng cao trong xây dựng, kiến trúc. Composite là vật liệu không quá mới, nhưng ít người biết đến và hiểu rõ bản chất của chúng.
Vậy vật liệu composite là gì? Loại vật liệu này có gì đặc biệt tạo nên tính ứng dụng cao trong xây dựng, kiến trúc công trình? Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về bản chất, đặc điểm cấu tạo cũng như ưu nhược điểm của vật liệu composite.
Vật liệu composite là gì?
Vật liệu composite là một loại vật liệu tổng hợp từ bột gỗ, bột nhựa và phụ gia. Các nguyên liệu bột gỗ, bột nhựa được kết nối với nhau bằng phụ gia, trải qua quá trình nén ép gia cường lực với nhiệt độ và áp suất cao, tạo nên loại vật liệu composite mới có độ bền vượt trội hơn gỗ tự nhiên, bền cứng hơn nhựa.
Vật liệu nhựa composite có độ bền vượt trội, đặc tính hóa học là sự kết hợp của đặc tính gỗ tự nhiên và nhựa. Ngoài ra, composite còn được đánh giá cao hơn về các tiêu chí độ bền, khả năng chống ăn mòn, cong vênh, mối mọt mà vật liệu cơ bản không có được. Khối lượng của nhựa composite cũng nhẹ hơn nhiều so với sắt, bê tông hay gỗ, kết cấu cứng cáp chịu lực tốt hơn nhựa.
Cấu tạo và thành phần của vật liệu composite
Vật liệu composite được sản xuất với quy trình đặc biệt, kết hợp nhiều nguyên liệu khác nhau tạo nên vật chất mới có tính ứng dụng cao. Hiểu về đặc điểm cấu tạo thành phần của composite sẽ giúp bạn đánh giá được loại composite nào phù hợp.
Thành phần của vật liệu nhựa composite sẽ có sự thay đổi tùy theo công nghệ sản xuất. Về cơ bản, vật liệu composite sẽ bao gồm 2 phần chính:
Pha nền (Matrix)
Chức năng của pha mềm này đóng vai trò liên kết các vật liệu lại với nhau, tạo thành khối thống nhất. Đồng thời, vật liệu pha mềm có tính liên kết, bảo vệ sợi gia cường khỏi tác động của các yếu tố môi trường như oxi hóa, ăn mòn, hơi nước.
Các loại pha nền phổ biến để sản xuất composite có thể kể đến như nhựa epoxy, polyester, vinylester, ngoài ra còn có nhựa phenolic, polyurethane. Mỗi loại pha nền sẽ mang đến những tính chất khác nhau cho vật liệu composite. Một số pha mềm còn sử dụng kim loại như nhôm titan hay gốm ceramic
Pha gia cường (Reinforcement)
Vật liệu pha gia cường được thêm vào với chức năng tăng cường độ cứng, bền chịu lực và độ bền kéo. Tùy thuộc vào loại vật liệu bổ sung, tỷ lệ mà độ bền vật lý của vật liệu composite sẽ khác nhau.
Các vật liệu bổ sung pha gia cường chủ yếu sợi thủy tinh, carbon, aramid, sợi basalt, sợi tự nhiên (vải bố, tre, gỗ), hạt gỗ, khoáng chất, kim loại…
Cơ chế liên kết giữa pha mềm và pha gia cường
Các cơ chế liên kết giữa pha mềm và pha gia cường là yếu tố quyết định đến độ bền chắc, chịu lực và kết cấu vững chắc của vật liệu composite. Những liên kết phổ biến giữa 2 pha vật liệu composite:
- Liên kết hóa học giữa pha mềm và gia cường: Liên kết hidro hình thành giữa các phân tử tạo nên lực liên kết, tương tác Van der Waals là một loại liên kết yếu được hình thành lực hút tĩnh điện của phân tử pha mềm và bề mặt sợi.
- Liên kết cơ học giữa 2 pha: Các sợi thường có điểm móc nối với vật liệu tạo nên liên kết chắc chắn. Lực ma sát được tạo ra giữa pha mềm và sợi gia cường khiến chúng khó trượt ra khỏi nhau.
2 liên kết hóa học và cơ học có tác dụng tương hỗ, tạo nên kết cấu chắc chắn, chịu lực và độ bền tốt hơn của vật liệu composite.
Ưu nhược điểm vật liệu composite
Vật liệu composite tổng hợp mang đặc tính của các pha kết hợp tạo nên. Loại vật liệu này cũng có những ưu – nhược điểm riêng trong quá trình sử dụng.
Ưu điểm vật liệu composite
- Độ bền của nhựa composite cao, chịu lực tốt hơn gỗ, hơn nhựa thông thường.
- Khối lượng của vật liệu composite nhẹ hơn, nên việc lắp đặt gia công cho các cấu trúc khá dễ dàng, tiết kiệm chi phí.
- Khả năng chống ăn mòn của vật liệu composite cao, bền bỉ với hóa chất, tác động môi trường.
- Vật liệu composite dễ gia công, chế tác thành các tấm, vách ngăn hay cửa theo yêu cầu.
Nhược điểm vật liệu composite
- Vật liệu composite không đồng nhất, đồng đều trên cùng 1 tấm vật liệu.
- Việc sửa chữa vật liệu composite bị hư hỏng sẽ khó khăn hơn các vật liệu khác.
- Chi phí sản xuất vật liệu composite cao, tùy theo loại sợi gia cường sử dụng kết hợp.
- Các vấn đề xử lý hóa chất, xử lý chất thải trong quá trình sản xuất vật liệu composite vẫn chưa có phương án cụ thể, dẫn đến những tác động xấu đến môi trường.
Ứng dụng vật liệu composite
Tính ứng dụng của vật liệu composite trong đời sống ngày càng thể hiện giá trị và ưu điểm mà chúng mang lại. Cụ thể:
- Composite ứng dụng trong ngành công nghệ sản xuất máy bay, ô tô, tàu thuyền hay các thiết bị thể thao.
- Ứng dụng trong xây dựng: Tấm vách ngăn, cửa nhựa composite chống cháy, ống dẫn hay bể chứa.
- Composite sản xuất cánh quạt, tấm pin mặt trời.
- Ứng dụng composite sản xuất đồ gia dụng, thiết bị điện tử, thiết bị y tế quan trọng.
Lời kết
Vật liệu composite tổng hợp của 2 hoặc nhiệt vật liệu gia cường, tạo nên đặc tính riêng. Loại vật liệu này có tính ứng dụng cao, phù hợp với yêu cầu gia công sản xuất máy móc, thiết bị đặc biệt.
Trong tương lai, composite sẽ thay thế nhiều vật liệu truyền thống, nhờ đặc tính lý hóa vượt trội mà chúng mang lại. Các nhà khoa học cũng nghiên cứu và đưa ra những vật liệu composite tổng hợp phù hợp hơn cho từng lĩnh vực áp dụng.
Hy vọng bài viết trên đây sẽ giúp bạn hiểu vật liệu composite là gì? Đặc điểm cấu tạo thành phần và ưu điểm hay những vất đề còn tồn tại của vật liệu đặc biệt này.
