Vật liệu composite là gì? Cấu tạo và ứng dụng của Composite

Vật liệu Composite có ứng dụng bao trùm trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống từ ngành hàng không vũ trụ, hàng hải, giao thông vận tải, quốc phòng hay thiết kế nội thất,… Vậy chất liệu composite là gì? Vật liệu composite trong nội thất có ưu nhược điểm gì? Phân loại như thế nào? Và có những ứng dụng cụ thể nào trong cuộc sống. Hãy cùng Nội thất An Lộc tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé!

1. Vật liệu Composite là gì?

Vật liệu composite (có tên gọi khác là composite, Compozit, vật liệu tổng hợp,…) là vật liệu mới được tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau để tạo nên vật liệu mới có tính năng vật trội hơn so với vật liệu ban đầu, khi chúng làm việc riêng lẻ.

1.1 Lịch sử hình thành vật liệu Composite

Chất liệu composite đã có lịch sử lâu đời. Điển hình là việc trộn đất vào đá để làm gạch nhằm giúp cho viên gạch trở nên cứng cáp hơn và không bị cong khi phơi nắng. Ngoài ra, người ta cũng phát hiện ra chất liệu compozit trong hợp chất có trong xác ướp người Ai Cập cổ đại.

Bạn có thể không để ý, nhưng bê tông cũng chính là một loại vật liệu composite, chúng rất phổ biến hiện nay. Hay composite được sử dụng làm vỏ máy bay, ô tô, chế tạo tên lửa…. Có thể nói vật liệu này đã đưa nền khoa học công nghệ của thế giới phát triển lên tầm cao mới.

Xem video chi tiết về lịch sự hình thành và phát triển của vật liệu composite:

1.2 Cấu tạo của composite

Thực chất vật liệu composite được tổng hợp từ nhiều loại vật liệu khác nhau và có hai thành phần cơ bản là: Vật liệu gia cường và vật liệu nền:

• Vật liệu cốt (vật liệu gia cường hay Fiber): Tạo các đặc điểm cơ – lý tính cần thiết như độ cứng và sức mạnh cho composite. Có hai loại cốt là dạng hạt và cốt dạng sợi (thủy tinh, cellulose, cacbon, acramic,…) và cốt dạng hạt (Hạt đất sét, bột đá, bột gỗ, hạt kim loại,…).
• Vật liệu nền (Matrix): Đảm bảo các phần cốt được gắn kết với nhau tạo ra tính thống nhất và nguyên khối cho Composite. Các loại vật liệu nền gồm: Kim loại, Ceramic (Xi măng,…), Polymer (PE, PP, PVC, Cao Su, Epoxy, Polyester,…).

1.3 Đặc tính của composite

+ Đặc tính của vật liệu nền:

• Đóng vai trò là chất kết dính và môi trường phân tán.
• Giúp truyền ứng suất sang pha gia cường khi có ngoại lực tác dụng.
• Tạo sự bền bỉ, dẻo dai cho composite (tránh tạo vết nứt).
• Bảo vệ vật liệu cốt khỏi bị hư hỏng do tác động bên ngoài hay tấn công của môi trường.
• Một số đặc tính khác: tạo màu sắc, độ dẻo dai, tính cách điện,…

+ Đặc tính của vật liệu cốt:

• Là điểm chịu ứng suất tập trung.
• Khả năng kháng hóa nhiệt độ và môi trường.
• Khả năng truyền nhiệt và giải nhiệt tốt.
• Phân tán tốt vào vật liệu nền.
• Gia công thuận lợi hơn.
• Vật liệu thân thiện với môi trường.

2. Chất liệu composite có tốt không?

2.1 Ưu điểm:

• Khối lượng nhẹ, độ bền cơ học cao, dễ dàng uốn kéo nên dễ tạo hoa văn, kiểu dáng cho sản phẩm.
• Khả năng chống tia UV cao, chịu thời tiết tốt, chống lão hóa, cách điện và cách nhiệt vượt trội.
• Kháng ăn mòn và kháng hóa chất cao, bảo quản ít tốn kém, không cần phải sơn phủ chống ăn mòn.
• Việc làm giả các vật liệu khác như: đá, kim loại, gỗ, gốm,… trở nên dễ dàng hơn với Compozit.
• Chế tạo và gia công đơn giản, dễ tạo màu, tạo hình, sửa chữa hay thay đổi. Chi phí đầu tư trang thiết bị hay bảo dưỡng không quá tốn kém.
• Vật liệu composite cốt sợi thủy tinh có khả năng hấp thụ sóng điện tử tốt.
• Composite có tuổi thọ cao hơn gỗ hay kim loại từ 2 – 3 lần.

2.2 Nhược điểm:

• Nhược điểm của vật liệu composite là khó tái chế. Đây là phế phẩm trong quá trình sản xuất nếu không sử dụng.
• Chất liệu thô sử dụng để sản xuất composite có giá thành khá cao. Thời gian gia công và tạo ra chất liệu composite cũng khá lâu.
• Phức tạp trong quá trình phân tích mẫu vật compozit và cơ, lý hóa,…
• Trình độ của công nhân ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng của vật liệu.

3. Nhựa có phải là một loại composite không?

Composite và nhựa là hai khái niệm rất dễ bị nhầm lẫn. Thực tế, có nhiều loại nhựa tổng hợp là composite nhưng không phải mọi loại nhựa để là vật liệu composite.

• Hầu hết các loại nhựa (plastic): Loại được sử dụng làm chai nước, đồ chơi hay các vật dụng quen thuộc – Không phải là composite, chúng là nhựa nguyên chất.
• Nhựa polyme (như: Epoxy, polyester, vinyle ester, phenolic,… ) cũng thường chỉ là nhựa, không phải composite.

4. Vật liệu compozit có mấy loại? 

Có rất nhiều loại composite phổ biến trên thị trường hiện nay như:

• Gốm composite (Ceramic composite): Gốm được trải ra trong một ma trận gốm. Loại gốm composite này tốt hơn loại gốm bình thường vì có khả năng chống sốc nhiệt và chống gãy.
• Composite kim loại (Metal composite): Một loại nhựa tổng hợp kết hợp với kim loại.
• Bê tông cốt thép (Reinforced concrete): Bê tông được gia cố bằng vật liệu có thể chịu lực kéo cao như thanh cốt thép.
• Bê tông cốt sợi thủy tinh (Glass fibre reinforced concrete): Bê tông được đổ theo cấu trúc của sợi thủy tinh với hàm lượng Zirconia cao.
• Bê tông mờ (Translucent concrete): Các sợi quang bao lấy phần bê tông
• Gỗ kỹ thuật (Engineered wood): Các loại gỗ công nghiệp như MFC (gỗ ván dăm) phủ veneer chính là một loại vật liệu composite.
• Ván ép (Plywood): Dán nhiều các lớp gỗ tự nhiên mỏng lại với nhau.
• Tre kỹ thuật (Engineered bamboo): Các dải sợi tre được dính lại với nhau thành một tấm ván. Loại composite này có độ bền nén, kéo và uốn tốt hơn gỗ.
• Thép composite (Steel composite): Ứng dụng để làm nhà khung thép hay nhà container với độ bền hơn nhiều thép truyền thống.
• Gỗ nhựa composite (Wood-plastic composite): Kết hợp giữa hai chất liệu bột gỗ và hạt nhựa.
• Polymer gia cố bằng sợi carbon (Carbon Fibre reinforced polymer): Sợi cacbon đặt trong nhựa có tỷ lệ độ bền với trọng lượng cao.
• Giấy tráng nhựa (Plastic coated paper): Giấy được tráng nhựa để nâng cao độ bền. Chính là các lá bài mà ta vẫn hay sử dụng.
• Vật liệu FRP (Fibeglass Reinfored Plastic) hay còn gọi là nhựa composite gia cường. Nó là vật liệu được làm từ sợi thủy tinh và nhựa.

Chúng được phân loại theo 2 kiểu chính sau:

4.1 Phân loại theo thành phần, bản chất:

• Composite nền kim loại: là sự kết hợp của hợp kim titan, hợp kim nhôm,… cùng các sợi Kim loại (Bo), Sợi khoáng (Si, C),…
• Composite nền khoáng (Phổ biến nhất là Gốm): Sợi Kim loại (Bo), hạt kim loại (chất gốm), hạt gốm (Niton, Cacbua,…). Nhiệt độ tối đa có thể chịu đựng của Composite nền khoáng và cả nền kim loại là: 600 ÷ 1.000°C (1.000°C nếu là nền gốm).
• Composite nền hữu cơ (nền cao su, nền nhựa, nền nhựa đường, nền giấy,… ) là sự kết hợp của các sợi hữu cơ (Polyamit, Kevlar) với các sợi kim loại (Bo, Al) và các sợi khoáng (Thủy tinh, Cácbon,…). Composite nền hữu cơ có thể chịu được nhiệt độ tối đa lên đến 200 ÷ 300°C.

4.2 Phân loại theo hình dạng:

• Chất liệu compozit cốt sợi: có chiều dài lớn hơn nhiều lần so với 2 kích thước còn lại trong không gian. Chất độn giúp tăng cường khả năng chống chịu cho vật liệu nền.
• Chất liệu compozit cốt hạt: Vật liệu tăng cường có dạng hạt, các tiểu phân hạt dạng độn phân tán vào polymer. Chất liệu composite cốt hạt phổ biến chính là bê tông.
• Cốt hạt và sợi: Tiêu biểu cho loại vật liệu này chính là bê tông. Bê tông kết hợp với cốt thép tạo nên bên tông cốt thép. Trong đó, xi măng là vật liệu nền được tạo thành từ đá, Cốt bê tông là cát vàng và đá dăm là cốt hạt, cốt sợ chính là những thanh thép.

5. Ứng dụng Composite trong đời sống thực tế 

5.1 Ứng dụng vật liệu Composite trong kiến trúc nội thất

+ Sử dụng làm sản phẩm ngoài trời

Vật liệu composite trong nội thất thường được sử dụng trong các vật dụng trang trí ngoài trời như bàn, ghế, chất liệu cho hồ bơi. Có được điều này xuất phát từ ưu điểm về khả năng chống ẩm mốc, chống thấm nước và chịu được nắng mưa.

+ Sử dụng làm sản phẩm trang trí

Những đồ vật trang trí như tượng, bình hoa,… hoàn toàn có thể tạo một dáng vẻ mới trong không gian nội thất hiện đại với chất liệu composite. Được tổng hợp từ nhiều chất liệu khác nhau với màu sắc, hình dạng nổi bật, ít bị phai màu, ẩm mốc lại dễ dàng gia công. Đây là một trong những sản phẩm trang trí được ưa chuộng.

+ Giả các vật liệu khác bằng composite

Việc làm giả các vật liệu khác giúp ta có được vẻ đẹp bên ngoài của sản phẩm đó. Đồng thời lại có những đặc tính nổi bật và vật liệu bị làm giả không có. Có được điều này cũng nhờ vào tính đa cấu trúc của vật liệu cho ta một vẻ ngoài đầy phong phú. Vật liệu composite trong nội thất có thể làm giả các chất liệu: đá, gỗ tự nhiên, kim loại,…

5.2 Ứng dụng vật liệu composite trong các lĩnh vực khác

+ Ứng dụng trong hàng không, vũ trụ: Vỏ động cơ tên lửa, vỏ tên lửa, máy bay, tàu vũ trụ,…

Các bộ phận trên máy bay gần đây đã được thay thế bằng chất liệu composite như: bộ phận dẫn hướng, cánh, khung xương, thân máy bay,… 50% chiếc máy bay Boeing Dreamliner 787 sử dụng composite. (Theo thống kê của hãng Boeing).

Cũng không quá phải ngạc nhiên khi vật liệu này được ứng dụng trong ngành hàng không, vũ trụ. Bởi đặc tính bền và độ cứng tương đối trên khối lượng riêng cao. Sử dụng chất liệu compozit giúp trọng lượng máy bay giảm đi đáng kể, tiết kiệm được nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường và tăng hiệu quả kinh tế.

Ngoài ra, các chi tiết phức tạp trên máy bay cũng được thay thế bằng chất liệu composite. Điều này giúp giảm chi tiết, giảm chi phí lắp đặt sản phẩm. Vật liệu composite cốt sợi thủy tinh có tính trong suốt với sóng rada được ứng dụng trong máy bay quân sự và công nghệ vũ trụ.

+ Ứng dụng trong giao thông vận tải: Lốp xe ô tô, xe máy, xe đạp,..

Một số chi tiết của xe mô tô, ô tô được thay thế bằng chất liệu composite. Ngoài ra còn được sử dụng để thay thế gỗ, ván, sắt,… Mang đến phương tiện nhẹ hơn lại có nhiều đặc tính vượt trội.

+ Ứng dụng trong công nghiệp hóa chất:

Làm bồn chứa dung dịch kiềm (epoxy được thay thế bằng gelcoat), làm bồn chứa dung dịch acid (sử dụng epoxy hoặc nhựa vinyleste thay cho gelcoat). Làm ống dẫn hóa chất composite. Ống dẫn xăng dầu composite cao cấp 3 lớp (Với công nghệ cuốn ướt của Nga để sản xuất ống dẫn xăng, dầu theo các tiêu chuẩn).

+ Trong dân dụng:

• Dùng để làm các sản phẩm như chén, đũa, tô, bình,…
• Các loại ống dẫn nước sạch, nước thô, nước nguồn composite.
• Ống thủy nông, ống dẫn nước nguồn qua vùng nước ngậm mặn, nhiễm phèn.
• Ống dẫn nước thải.
• Hệ thống thoát rác nhà cao tầng.

+ Ứng dụng trong hàng hải: Vỏ tàu thuyền composite (vỏ lãi)….

Sử dụng chất liệu này để sản xuất tàu, thuyền, làm ghe, thùng,…

+ Ứng dụng trong quốc phòng:

Sản xuất các phương tiện chiến đấu như: máy bay, phi thuyền, tàu, cano,… Sản xuất các thiết bị phục vụ quân đội như: Bia tập bắn, bồn chứa nước hoặc hóa chất, khay trồng rau,…

Với nhiều đặc tính vật trội so với các chất liệu khác, rõ ràng đây là một vật liệu của tương lai. Chất liệu composite đang ngày càng được nhiều người biết đến và tin tưởng sử dụng trong không gian nội thất cũng như các sản phẩm gia dụng khác. Còn trong nhà bạn có những sản phẩm nào được làm bằng vật liệu composite không? hãy liệt kê và để lại dưới bình luận nhé!

Ngoài ra, Nội Thất An Lộc là công ty hàng đầu trong lĩnh vực thiết kế, thi công nội thất. Chúng tôi có đội ngũ kiến trúc sư giàu kinh nghiệm, thợ thi công lành nghề và xưởng sản xuất đồ gỗ riêng. Đảm bảo mang đến cho khách hàng những không gian sống sang trọng, đẳng cấp. Chất liệu compozit đã được An Lộc ứng dụng rất nhiều trong các mẫu thiết kế nội thất chung cư, nhà phố, biệt thự.

Tham khảo thêm:

Gỗ công nghiệp	Gỗ Pallet	Acrylic
Gỗ MFC	Gỗ Ghép	Veneer
Gỗ MDF	Gỗ An Cường	Sơn PU
Gỗ HDF	Melamine	Composite
Gỗ Plywood	Laminate	Formaldehyde
Gỗ Nhựa	Laminate Vân Đá	Gỗ tự nhiên

Nội Thất An Lộc – Vững Bước Niềm Tin