Vật liệu composite, hay còn gọi là vật liệu tổng hợp, ngày nay đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên, để tận dụng tối đa những ưu điểm của composite, việc hiểu rõ cấu tạo của chúng là điều cần thiết. Giống như một tòa nhà, sự vững chắc và khả năng chịu lực của composite phụ thuộc rất nhiều vào cách sắp xếp và liên kết giữa các “gạch xây” - vật liệu nền và vật liệu gia cường. Ví dụ, trong composite dạng sợi, hướng phân bố của sợi ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của vật liệu theo các hướng khác nhau.
II. Đi sâu vào cấu trúc của vật liệu composite
Trước khi đi vào chi tiết, cần phân biệt giữa pha và thành phần trong composite. Pha là một phần riêng biệt về mặt vật lý trong cấu trúc của vật liệu, có thể phân biệt được bằng các phương pháp khoa học. Trong khi đó, thành phần có thể là một chất đơn lẻ hoặc hỗn hợp của các chất tạo nên pha.
Vật liệu composite thường được cấu tạo từ hai pha chính:2.1. Vật liệu nền (pha nền): đóng vai trò như chất nền, liên kết các thành phần của composite lại với nhau. Các loại vật liệu nền phổ biến bao gồm:Nhựa (epoxy, polyester): có tính lưu động cao, dễ dàng phân bố các thành phần khác. Tuy nhiên, nhựa thường có nhược điểm là giòn và yếu.
Kim loại (nhôm): có độ bền cao nhưng lại nặng.
Gốm (sứ): cứng và chịu nhiệt tốt nhưng giòn.
Xi măng (trong bê tông): có khả năng chịu nén tuyệt vời.
Lưu ý rằng, tính chất của vật liệu nền ảnh hưởng đáng kể đến tính chất tổng thể của composite. Ví dụ, tính lưu động của nhựa ảnh hưởng đến quá trình phân bố vật liệu gia cường, từ đó ảnh hưởng đến độ bền của vật liệu.2.2. Vật liệu gia cường (pha cốt): là thành phần chính quyết định đến các tính chất cơ học của composite. Chúng thường có dạng sợi, hạt hoặc lớp và được phân bố đều trong vật liệu nền.Các dạng phổ biến của vật liệu gia cường:Sợi: sợi thủy tinh (có độ bền kéo cao, giá thành rẻ ولكنه - ولكنه (w ولكنه - ولكنه: but) giòn), sợi carbon (có độ bền kéo cao, nhẹ ولكنه - ولكنه: but) đắt tiền.
Hạt: thường được dùng trong composite dạng đổ khuôn, ví dụ như bê tông cốt liệu (cát, sỏi).
Lớp: vật liệu gia cường dạng lớp thường được dùng trong các ứng dụng đặc biệt, ví dụ như sandwich panel (tấm panel dạng bánh mì).
Mỗi dạng vật liệu gia cường lại có ưu nhược điểm riêng. Sợi có hiệu quả gia cường cao nhất nhưng lại khó tạo hình. Hạt dễ dàng phân bố nhưng hiệu quả gia cường thấp hơn. Lớp vật liệu gia cường phức tạp hơn trong sản xuất ولكنه - ولكنه (w ولكنه - ولكنه: but) có thể tạo ra các tính năng đặc biệt.
Bên cạnh vật liệu nền và vật liệu gia cường, một thành phần quan trọng khác trong cấu trúc composite là giao diện (pha界面 - giai diện: interface) - vùng tiếp xúc giữa vật liệu nền và vật liệu gia cường. Giao diện đóng vai trò then chốt trong việc truyền tải lực giữa các thành phần, ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của vật liệu composite. Độ bền vững của giao diện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tính tương thích giữa vật liệu nền và vật liệu gia cường, xử lý bề mặt trước khi ghép nối.
III. Các kiểu cấu trúc composite thường gặp
Cấu trúc của vật liệu composite phụ thuộc vào cách sắp xếp của vật liệu gia cường. Các kiểu cấu trúc composite thường gặp gồm:Composite dạng đơn hướng: Sợi gia cường được bố trí song song theo một hướng nhất định. Kiểu cấu trúc này có độ bền cao nhất theo hướng của sợi nhưng lại yếu theo các hướng khác.
Composite dạng đẳng hướng: Sợi gia cường được phân bố ngẫu nhiên trong vật liệu nền. Kiểu cấu trúc này có tính chất gần như tương đương nhau theo mọi hướng ولكنه - ولكنه (w ولكنه - ولكنه: but) lại có độ bền thấp hơn so với dạng đơn hướng.
Composite dạng đa hướng: Sợi gia cường được bố trí theo nhiều hướng khác nhau. Kiểu cấu trúc này nhằm mục đích cải thiện tính chất của composite theo nhiều
Comments