sử dụng cao lanh, đất sét trong composite

LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………………………… 4
NỘI DUNG………………………………………………………………….6
I/ Giới thiệu về cao lanh, đất sét ………………………………… 6
1.1 Cao lanh………………………………………………………… 6
1.2 Đất sét……………………………………………………………. 8
II/ Giới thiệu về vật liệu Composite…………………………………….… 11
2.1 Khái niệm…………………………………………………… … 11
2.2 Ứng dụng………………………………………………………….13
III/ Cao lanh, đất sét trong vật liệu Composite……………………… …15
3.1 Vai trò của cao lanh, đất sét…………………………………… 15
3.1.1 Nền liên kết…………………………………………… 15
3.1.2 Vật liệu gia cường……………………………………… 16
3.2 Ứng dụng - Vật liệu chịu lửa………………………………… 18
3.2.1 Thành phần 18
3.2.2 Qui trình sản xuất 19
3.2.3 Tính chất và ứng dụng 23
IV/ Xu hướng phát triển trong tương lai……………………………….…25
KẾT LUẬN………………………………………………………………… 28
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………… 29
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN 30
PHỤ LỤC………………………………………………………………… 31
1
Vật liệu học là khoa học nghiên cứu mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất của vật
liệu, trên cơ sở đó đề ra các biện pháp công nghệ nhằm cải thiện tính chất và sử dụng thích
hợp ngày một tốt hơn.
“Trong đó, composite loại vật liệu đa pha mà các pha không tan vào nhau và nó có
tính chất vượt trội (tổ hợp cũ và tạo tính mới) so với các pha thành phần”.
Sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp hiện đại dẫn tới các nhu cầu to lớn về
loại vật liệu, đồng thời có nhiều tính chất vượt trội mà các vật liệu như: kim loại, ceramic,
polymer khi đứng riêng rẽ không có được.
Composite (hay còn gọi là vật liệu kết hợp) ra đời trong mấy chục năm gần đây đáp

ứng được các yêu cầu đó , đã ứng dụng và phát triển tới trình độ cao của quy luật kết hợp –
một quy luật phổ biến trong tự nhiên. Ngành khoa học và công nghệ về composite đã có
nhiều sản phẩm dùng trong mọi lĩnh vực: từ ôtô , máy bay cho đến vật liệu chỉnh hình và
hiện phát triển mạnh mẽ đến mức nhiều người cho rằng thế kỷ 21 sẽ là văn minh của
composite.
Đất sét là silicat nhôm gồm có Al
2
O
3
, SiO
2
và ngậm nước . Cấu trúc của nó tương đối
phức tạp song có đặc trưng quan trọng và nhiều ứng dụng. Cao lanh ( kaolin) là một khoáng
sản phi kim được hình thành do quá trình phong hóa của phenpat chủ yếu là octodaz và
anbit.
Hai loại vật liệu trên rất dễ tìm và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Ngày nay,
chúng còn được kết hợp vào vật liệu Composite, và thể hiện những tính chất nổi bật đặc biệt.
Vậy khi ta “Sử dụng cao lanh, đất sét trong vật liệu composite” thì sẽ mang đến hiệu quả
gì? Được ứng dụng vào trong lĩnh vực nào? Và tương lai phát triển của chúng ra sao?
Để trả lời cho những câu hỏi còn nghi vấn đó cũng như tìm hiểu rõ hơn cho vấn đề
trên, nên nhóm chọn đề tài “Sử dụng cao lanh, đất sét trong composite”
Tiểu luận gồm ba phần: mở đầu, nội dung và kết luận, bố cục rõ ràng và dễ hiểu, trình
bày những kiến thức cơ bản về: khái niệm, thành phần, tính chất cũng như những ứng dụng
của vật liệu mới này. Và đặc biệt có đề cập đến “Ứng dụng của cao lanh – đất sét trong
compositenano” - một vấn đề khá mới mẻ và có nhều tiềm năng để phát triển.
2
Và nhóm đã sử dụng phương pháp đưa ra dẫn chứng, phân tích và cuối cùng là kết
luận và nhận xét để làm sáng tỏ vấn đề hơn.
Tiểu luận này có thể dùng làm tài liệu học tập và tham khảo cho những độc giả quan
tâm tới đề tài này một cách cơ bản.

Chắc chắn rằng, nó còn có nhiều mảng chưa đáp ứng được nhu cầu cầu của bạn đọc,
rất mong mọi người đóng góp ý kiến để xây dựng tốt hơn.
3
I/ GIỚI THIỆU VỀ CAO LANH, ĐẤT SÉT:
Cao lanh và đất sét là sản phẩm phong hoá tàn dư của các loại đá gốc chứa tràng
thạch như pegmatit, granit, gabro, bazan, rhyolit. Ngoài ra nó còn có thể được hình thành do
quá trình biến chất trao đổi các đá gốc như quăcphophia.
Sự hình thành các mỏ cao lanh và đất sét là do chịu sự tác dụng tương hổ của các quá
trình hoá học, cơ học, sinh vật học bao gồm các hiện tượng phong hoá, rửa trôi và lắng đọng
trong thời gian dài.
1.1 CAO LANH:
Nguồn gốc:
Cao lanh có nguồn gốc tên gọi từ Cao Lĩnh thổ (tức đất Cao Lĩnh, một khu vực tại
Cảnh Đức Trấn, Giang Tô, Trung Quốc.
Là một loại đất sét màu trắng, bở, chịu lửa, với
thành phần chủ yếu là khoáng vật kaolinit cùng một số
khoáng vật khác như: illit, montmorillonit, thạch anh….
Tên gọi kaolin được các giáo sĩ dòng người Pháp du nhập
vào châu Âu trong thế kỷ 18 và khi được phiên âm ngược
trở lại tiếng Việt thì nó đã trở thành cao lanh.
Tính chất:
Cao lanh là một khoáng sản phi kim được hình thành do quá trình phong hóa của
phenpat chủ yếu là octodaz và anbit. Quá trình phong hóa trên được gọi là quá trình kaolin
hóa.
Thành phần hóa học Cao lanh (Kaolin):
- Công thức hóa học: Al
2
O
3
.2SiO

2
.2H
2
O
- Thành phần lý thuyết: Al
2
O
3
: 39,48%; SiO
2
: 46,6%; H
2
O: 13,92%
- Tỷ trọng: 2,57 - 2,61
- Độ cứng: 1 - 2,5
Phân loại:
4
Có nhiều kiểu phân loại cao lanh khác nhau, phụ thuộc vào nguồn gốc phát sinh, mục
đích sử dụng, độ chịu lửa, độ dẻo, hàm lượng các ôxít…
Theo nguồn gốc phát sinh, có thể chia cao lanh thành hai dạng là :
- Phát sinh từ các nguồn sơ cấp. Cao lanh sơ
cấp sinh ra từ quá trình phong hóa hóa học hay thủy
nhiệt của các loại đá có chứa fenspat như rhyolit,
granit, gơnai. Hay nói cách khác: cao lanh nguyên
sinh (tức cao lanh thô) là cao lanh hình thành ngay
tại mỏ đá gốc.
- Nếu sản phẩm phong hoá tàn dư, nhưng bị nước, băng hà, gió cuốn đi rồi lắng đọng
tại các chổ trũng hình thành nên các mỏ cao lanh hay đất sét trầm tích - còn gọi là cao lanh
thứ sinh. Phát sinh từ các nguồn thứ cấp. Cao lanh thứ cấp được tạo ra từ sự chuyển dời của
cao lanh sơ cấp từ nơi nó sinh ra vì xói mòn và được vận chuyển cùng các vật liệu khác tới

vị trí tái trầm lắng. Một số kaolinit cũng được sinh ra tại nơi tái trầm lắng do biến đổi thủy
nhiệt hay phong hóa hóa học đối với acco (arkose), một dạng đá trầm tích mảnh vụn với hàm
lượng fenspat trên 25 %.
Theo nhiệt độ chịu lửa, cao lanh được phân thành loại chịu lửa rất cao (trên 1.750°C),
cao (trên 1.730°C), vừa (trên 1.650°C) và thấp (trên 1.580°C).
Theo thành phần Al
2
O
3
+ SiO
2
ở trạng thái đã nung nóng, cao lanh được phân thành
loại siêu bazơ, bazơ cao, bazơ hoặc axít.
Phản ứng:
Quá trình phân giải từ tràng thạch thành kaolin. Dưới góc độ hóa học, phenpat phân
giải thành kaolin theo phương trình phản ứng sau:
K
2
O.Al
2
O
3
.6SiO
2
+ CO
2
+ H
2
O > Al
2

O
3
.2SiO
2
.2H
2
O + K
2
O
3
+ 4SiO
2

CaO.Al
2
O
3
.6SiO
2
+ CO
2
+ H
2
O > Al
2
O
3
.2SiO
2
.2H

2
O + CaCO
3
+ 4SiO
3
.
Trong quá trình phong hóa, do tác động của CO
2
và H
2
O liên kết giữa Al
2
O
3
và SiO
2
không bị bẻ gẫy và rất bền vững, do đó phân tử kaolin chịu thuỷ phân cao, không hòa tan
trong nước và trầm tích thành mỏ có lẫn SiO
2
. Đối với phenpat kiềm thổ, ngoài SiO
2
còn lẫn
CaCO
3
(nếu pH của môi trường phong hóa < 7 thì CaCO
3
từ từ phân giải cho CaO và CO
2
.
Chính CO

2
này lại là tác nhân tiếp tục phong hóa phenpat).
5
Cao lanh nguyên khai
Ứng dụng:
Trong công nghiệp, cao lanh được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn
như sản xuất đồ gốm sứ, vật liệu chịu lửa, vật liệu mài, sản xuất nhôm, phèn nhôm, đúc, chất
độn sơn, cao su, giấy, xi măng trắng, dược, mỹ phẩm, gạch ceramic, luyện kim, sứ cách
điện, tổng hợp Zeolit…
Ở Việt Nam:
Trữ cao lanh (kaolin) ở Việt Nam dự báo
khoảng 15 triệu tấn, hàm lượng Al
2
O
3
trong cao lanh
(kaolin) khoảng từ 29 – 38%. Quặng cao lanh
(kaolin) tập trung chủ yếu ở các tỉnh như Lào Cai, Yên
Bái, Phú Thọ, Quảng Ninh, Tuyên Quang, Lâm
Đồng , Đồng Nai
Cao lanh (Kaolin) Lâm Đồng: được hình thành do quá trình phong hóa của natri -
canxi phenpat, trong đó phenpat kiềm chiếm ưu thế (albite) Thường phân bố dài khoảng 5
đến 10km, với bề dày khoảng 5 đến 10m. Cao lanh (Kaolin) Đà Lạt tập trung ở Prenn, Trại
Mát và Bảo Lộc.
1.2 ĐẤT SÉT:
Nguồn gốc:
Đất sét hay sét là một thuật ngữ được dùng để miêu tả một nhóm các khoáng vật
phyllosilicat nhôm ngậm nước, thông thường có đường kính hạt nhỏ < 2 μm.
Nói chung nó được tạo ra do sự phong hóa hóa học của các loại đá chứa silicat dưới
tác động của H

2
CO
3
. Đất sét được phân biệt với các loại hạt đất đá nhỏ khác có trong đất,
chẳng hạn như bùn nhờ kích thước nhỏ của chúng, hình dạng tạo bông hay tạo lớp, khả năng
6
hút nước cũng như chỉ số độ dẻo cao.
Đặc tính nó là chất mềm dẻo khi ẩm, điều này có nghĩa là rất dễ tạo dạng cho nó bằng
tay. Khi khô nó trở nên rắn chắc hơn và khi bị "nung" hay làm cứng bằng nhiệt độ cao, đất
sét trở thành rắn vĩnh cửu. Thuộc tính này làm cho đất sét trở thành một chất lý tưởng để làm
các đồ gốm sứ có độ bền cao, được sử dụng cả trong những mục đích thực tế cũng như dùng
để làm đồ trang trí. Với các dạng đất sét khác nhau và các điều kiện nung khác nhau, người
ta thu được đất nung, gốm và sứ.
Loài người đã phát hiện ra các thuộc tính hữu ích của đất sét từ thời tiền sử và một
trong những đồ tạo tác sớm nhất mà người ta đã biết đến là các bình đựng nước làm từ đất
sét được làm khô dưới ánh nắng mặt trời. Phụ thuộc vào các hợp chất có trong đất, đất sét có
thể có nhiều màu khác nhau, từ màu trắng, xám xịt tới màu đỏ-da cam sẫm.
Tính chất:
Đất sét bao gồm các loại khoáng chất phyllosilicat giàu các ôxít và hiđrôxít của silic
và nhôm cũng như gồm một lượng lớn nước tham gia vào việc tạo cấu trúc và thay đổi theo
từng loại đất sét.
Đất sét là silicat nhôm gồm có Al
2
O
3
.SiO
2
và ngậm nước. Tính chất của nó biến đổi
phụ thuộc vào lượng tạp chất mà chủ yếu là các oxyt (Fe, Mg, Ba, Ca, Na, K…) và một ít
chất hữu cơ. Cấu trúc tinh thể của đất sét tương đối phức tạp song có đặc trưng quan trọng là

có cấu trúc tầng nên khi có nước các phân tử nước điền kín các tầng này và tạo ra lớp màng
mỏng bao quanh các hạt đất sét làm cho các hạt này dễ dịch chuyển với nhau, tạo ra độ dẻo
cao cho hỗn hợp đất sét – nước.
7
Thành
phần oxyt %
Hàm
lượng %
SiO2
TiO2
Al2O3
Fe2O3
FeO
MgO
CaO
K2O
Na2O
MKN
77,2
0,17
13,81
1,41
0,02
0,14
1,19
1,58
2,31
1,77
Phân loại:
Trong các nguồn tài liệu khác nhau, người ta chia đất sét ra thành ba hay bốn nhóm

chính như sau: kaolinit, montmorillonit-smectit, illit và chlorit (nhóm cuối cùng không phải
lúc nào cũng được coi là một phần của đất sét và đôi khi được phân loại như là một nhóm
riêng, trong phạm vi phyllosilicat). Có khoảng 30 loại đất sét 'nguyên chất' khác nhau trong
các nhóm này, nhưng phần lớn đất sét 'tự nhiên' là các hỗn hợp của các loại khác nhau này,
cùng với các khoáng chất đã phong hóa khác.
Ứng dụng:
Đất sét được nung kết trong lửa đã tạo ra những đồ gốm sứ đầu tiên và hiện nay nó
vẫn là một trong những vật liệu rẻ tiền nhất để sản xuất và sử dụng rộng rãi. Gạch, ngói, các
xoong nồi từ đất, các đồ tạo tác nghệ thuật từ đất, bát đĩa, thân bugi và thậm chí cả các nhạc
cụ như đàn ocarina đều được làm từ đất sét. Đất sét cũng được sử dụng trong nhiều ngành
công nghiệp, chẳng hạn trong sản xuất giấy, xi măng, gốm sứ và các bộ lọc hóa học.
Trên thực tế, đất sét là vật liệu rất hữu dụng khi có thế làm ra những tác phẩm độc
đáo như gốm sứ, đồ họa kỹ thuật, hoa nghệ thuật, thậm chí là mặt nạ mỹ phẩm. Thời gian
gần đây, nhiều nhà khoa học Việt Nam lại tìm ra những công dụng mới thiết thực hơn cho
8
cuộc sống và đang tích cực hoàn thiện nó.
Đất sét là vật liệu quý nhưng tiếc rằng tại nhiều vùng quê lại được khai thác, sử dụng
vào những mục đích không thực sự cần thiết như xây lò gạch, đắp đường, kè, cống. Không
thể biết trong tương lai các nhà khoa học còn phát hiện ra những điều diệu kỳ gì khác khi vật
liệu này có thể ngày càng trở nên hiếm?
II/ GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU COMPOSITE:
Vật liệu Composite là vật liệu được chế tạo tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác
nhau nhằm mục đích tạo ra một vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn hẳn vật liệu ban đầu.
Nó được cấu tạo từ các thành phần cốt nhằm đảm bảo cho Composite có được các đặc tính
cơ học cần thiết và vật liệu nền đảm bảo cho các thành phần của Composite liên kết, làm
việc hài hoà với nhau.
1. Lịch sử hình thành:
Vật liệu Composite đã xuất hiện từ rất lâu trong cuộc sống, khoảng 5.000 năm trước
Công nguyên người cổ đại đã biết vận dụng vật liệu composite vào cuộc sống (ví dụ: sử
dụng bột đá trộn với đất sét để đảm bảo sự dãn nở trong quá trình nung đồ gốm).

Người Ai Cập đã biết vận dụng vật liệu Composite từ khoảng 3.000 năm TCN, sản
phẩm điển hình là vỏ thuyền làm bằng lau, sậy tẩm pitum về sau này các thuyền đan bằng tre
trét mùn cưa và nhựa thông hay các vách tường đan tre trét bùn với rơm, rạ là những sản
phẩm Composite được áp dụng rộng rãi trong đời sống xã hội.
Sự phát triển của vật liệu composite đã được khẳng định và mang tính đột biến vào
những năm 1930. Năm 1950 bước đột phá quan trọng trong ngành vật liệu Composite đó là
sự xuất hiện nhựa Epoxy và các sợi gia cường như Polyeste, Nylon,… Từ năm 1970 đến nay
vật liệu composite nền chất dẻo đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trong các ngành công
nghiệp và dân dụng, y tế, thể thao, quân sự …
2. Ưu điểm:
Tính ưu việt của vật liệu Composite là khả năng chế tạo từ vật liệu này thành các kết
cấu sản phẩm theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau mà ta mong muốn, các thành phần cốt
của Composite có độ cứng, độ bền cơ học cao, vật liệu nền luôn đảm bảo cho các thành phần
9
liên kết hài hoà tạo nên các kết cấu có khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu
trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường. Một trong các ứng dụng có hiệu quả nhất đó là
Composite polyme, đây là vật liệu có nhiều tính ưu việt và có khả năng áp dụng rộng rãi,
tính chất nổi bật là nhẹ, độ bền cao, chịu môi trường, rễ lắp đặt, có độ bền riêng và các đặc
trưng đàn hồi cao, bền vững với môi trường ăn mòn hoá học, độ dẫn nhiệt, dẫn điện thấp.
Khi chế tạo ở một nhiệt độ và áp suất nhất định dễ vận dụng các thủ pháp công nghệ, thuận
lợi cho quá trình sản xuất.
3. Phân loại Composite:
Vật liệu composite được phân loại theo hình dạng và theo bản chất của vật liệu thành
phần.
a) Phân loại theo hình dạng
- Vật liệu composite độn dạng sợi. Khi vật liệu tăng cường có dạng sợi, ta gọi đó là
composite độn dạng sợi, chất độn dạng sợi gia cường tăng cơ lý tính cho polymer nền.
- Vật liệu composite độn dạng hạt . Khi vật liệu tăng cường có dạng hạt, các tiểu phân hạt
độn phân tán vào polymer nền. Hạt khác sợi ở chỗ nó không có kích thước ưu tiên.
b) Phân loại theo bản chất, thành phần

• Composite nền hữu cơ (nhựa, hạt) cùng với vật liệu cốt có dạng: sợi hữu cơ (polyamide,
kevlar…), Sợi khoáng (thủy tinh, carbon…), sợi kim loại (Bo, nhôm…)
• Composite nền kim loại: nền kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Al,…) cùng với độn dạng
hạt: sợi kim loại (Bo), sợi khoáng (Si, C)…
• Composite nền khoáng (gốm) với vật liệu cốt dạng: sợi kim loại (Bo), hạt kim loại (chất
gốm), hạt gốm (cacbua, Nitơ)…
4. Cấu tạo của vật liệu composite:
Polymer nền:
Là chất kết dính, tạo môi trường phân tán, đóng vai trò truyền ứng suất sang độn khi
có ngoại lực tác dụng lên vật liệu.
Có thể tạo thành từ một chất hoặc hỗn hợp nhiều chất được trộn lẫn một cách đồng
10
nhất tạo thể liên tục.
Trong thực tế, người ta có thể sử dụng nhựa nhiệt rắn hay nhựa nhiệt dẻo làm
polymer nền:
•Nhựa nhiệt dẻo: PE, PS, ABS, PVC…độn được trộn với nhựa, gia công trên máy ép phun ở
trạng thái nóng chảy.
•Nhựa nhiệt rắn: PU, PP, UF, Epoxy, Polyester không no, gia công dưới áp suất và nhiệt độ
cao, riêng với epoxy và polyester không no có thể tiến hành ở điều kiện thường, gia công
bằng tay (hand lay- up method). Nhìn chung, nhựa nhiệt rắn cho vật liệu có cơ tính cao hơn
nhựa nhiệt dẻo.
5. Ứng dụng:
Thế giới:
Với lịch sử phát triển phong phú của mình, vật liệu composite đã được nhiều nhà
nghiên cứu khoa học trên thế giới biết đến. Việc nghiên cứu và áp dụng thành công vật liệu
này đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng.
Đại chiến thế giới thứ hai nhiều nước đã sản xuất máy bay, tàu chiến và vũ khí phụ vụ
cho cuộc chiến này. Cho đến nay thì vật liệu Composite polyme đã được sử dụng để chế tạo
nhiều chi tiết, linh kiện chế tạo ôtô. Dựa trên những ưu thế đặc biệt như giảm trọng lượng,
tiết kiệm nhiên liệu, tăng độ chịu ăn mòn, giảm độ rung, tiếng ồn và tiết kiệm nhiên liệu cho

máy móc. Ngành hàng không vũ trụ sử dụng vật liệu này vào việc cuốn cánh máy bay, mũi
máy bay và một số linh kiện, máy móc khác của các hãng như Boing 757, 676 Airbus 310…
Trong ngành công nghiệp điện tử được sử dụng để sản xuất các chi tiết, các bảng mạch và
các linh kiện. Ngành công nghiệp đóng tàu, xuồng, ca nô; các ngành dân dụng như y tế (hệ
thống chân, tay giả, răng giả, ghép sọ…, ngành thể thao, các đồ dùng thể thao như gậy gôn,
vợt tennit… và các ngành dân dụng, quốc kế dân sinh khác.
Việt Nam:
Vật liệu composite được áp dụng hầu hết ở các ngành, các lĩnh vực của nền kinh tế
quốc dân. Tính riêng nhựa dùng để sản xất vật liệu composite được tiêu thụ ở Việt Nam
khoảng 5.000 tấn mỗi năm; tại Hà Nội đã có 8 đề tài nghiên cứu về composite cấp thành phố
11
được tuyển trọn, theo đó vật liệu composite được sử dụng nhiều trong đời sống xã hội.
Tại khoa răng của bệnh viện trung ương Quân đội 108 đã sử dụng vật liệu Composite
vào trong việc ghép răng thưa, các ngành thiết bị giáo dục, bàn ghế, các giải phân cách
đường giao thông, hệ thống tàu xuồng, hệ thống máng trượt, máng hứng và ghế ngồi, mái
che của các nhà thi đấu, các sân vận động và các trung tâm văn hoá…
Việt Nam đã và đang ứng dụng vật liệu Composite vào các lĩnh vực điện dân dụng,
hộp công tơ điện, sào cách điện, đặc biệt là sứ cách điện.
6. Tầm quan trọng của Composite:
Composite được ứng dụng rộng rãi trong:
1. Trong giao thông vận tải:
Thay thế các loại sắt, gỗ, ván VD: càng, thùng trần của các loại xe oto, một số chi
tiết của xe môtô.
2. Trong hàng hải:
Làm ghe, thuyền, thùng, tàu
3. Trong ngành hàng không:
Thay thế vật liệu sắt, nhôm trong máy bay dân dụng, quân sự
4. Trong quân đội:
Những phương tiện chiến đấu: tàu, cano, máy bay, phi thuyền
Dụng cụ, phương tiện phục vụ cho việc sản xuất nghiên cứu trong quân đội như: bồn

chứa nước hoặc hóa chất, khay trồng rau, bia tập bắn
5. Trong công nghiệp hóa chất:
Bồn chứa dung dịch acid (thay gelcoat bằng epoxy hoặc nhựa vinyleste)
Bồn chứa dung dịch kiềm ( thay gelcoat bằng epoxy)
6. Trong dân dụng:
Sản phẩm trong sơn mài: bình, tô, chén, đũa
Sản phẩm trang trí nội thất: khung hình, phù điêu, nẹp hình, vách ngăn
12
Bàn ghế, tủ giả đá, khay, thùng, bồn.
III/ CAO LANH, ĐẤT SÉT TRONG VẬT LIỆU COMPOSITE:
3.1. VAI TRÒ CỦA CAO LANH, ĐẤT SÉT TRONG VẬT LIỆU MỚI:
3.1.1. NỀN LIÊN KẾT:
Trong xã hội loài người thì cách đây mấy nghìn năm cha ông ta đã biết chế tạo vật
liệu composite. Họ đã xây nhà bằng rơm trộn với đất sét rồi đắp lên khung tre - nứa, Cốt vật
liệu là rơm rạ, tre nứa có tính bền dai khó dứt, nền là đất sét có tính kết dính cao, khi khô có
độ cứng và cách nhiệt tốt. Với vách composite đơn giản này đã giúp họ che mưa nắng gió
rét. Đắp các lò, bếp dùng để đun nấu thức ăn đồ uống.
Là chất kết dính, tạo môi trường phân tán,
đóng vai trò truyền ứng suất sang độn khi có ngoại
lực tác dụng lên vật liệu.
Chất nền không những là chất làm các sợi gia
cố dính lại với nhau mà còn có tác dụng phân bố lực
đồng đều trên toàn bộ composite. Chất nền và sợi
phải có sự tương hợp hóa học để tối ưu hóa độ dính
giữa chất nền và sợi.
Compozite nền gốm, với VL gia cường dạng: Sợi kim loại (Bo), hạt kim loại (chất
gốm), hạt gốm (cacbua, nitơ)…
Trong composite nền gốm, vật liệu cốt có thể là cốt dạng
không liên tục kiểu hạt, sợi ngắn hoặc lát vụn. Cũng có thể dùng cốt
liên tục dạng sợi. Trong trường hợp cốt gián đoạn, việc tăng độ bền

và độ dai va đập chỉ có thể tăng đến một giới hạn nào đó nhưng vẫn
đủ để sử dụng. Một ví dụ composite nền gốm sợi vụn dùng trong lĩnh
vực dụng cụ cắt là composite SiC/Si
3
N
4
, trong đó SiC là pha gia
cường, còn Si
3
N
4
đóng vai trò vật liệu nền.
Vật liệu composite nền gốm (ceramic matrix composite,
CMC) đã được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi nhằm khắc
phục những nhược điểm của vật liệu gốm nguyên khối, đó là
tính dòn cố hữu và khả năng ứng dụng hạn chế của vật liệu
13
gốm nguyên khối. Vật liệu composite nền gốm thường dùng để chế tạo các chi tiết làm việc
trong môi trường rất khắc nghiệt như: động cơ tên lửa và động cơ phản lực, động cơ khí
trong nhà máy năng lượng, vỏ cách nhiệt của tàu không gian, lớp lót đầu tiên của buồng
phản ứng nấu chảy, phanh máy bay, lò nhiệt luyện… Đây là môi trường làm việc có nhiệt
độ rất cao nhưng rất khó làm nguội bằng chất lỏng thông thường. Mặt khác, khi thay thế các
siêu hợp kim bằng vật liệu gốm composite còn tiết kiệm được khá nhiều khối lượng, điều vô
cùng quan trọng đối với ngành hàng không vũ trụ.
3.1.2. VẬT LIỆU GIA CƯỜNG :
Đóng vai trò là chất chịu ứng suất tập trung vì độn thường có tính chất cơ lý cao hơn
nhựa. Người ta đánh giá độn dựa trên các đặc điểm sau:
• Tính gia cường cơ học.
• Tính kháng hoá chất, môi trường, nhiệt độ.
• Phân tán vào nhựa tốt.

• Truyền nhiệt, giải nhiệt tốt.
• Thuận lợi cho quá trình gia công.
• Giá thành hạ, nhẹ.
Tuỳ thuộc vào từng yêu cầu cho từng loại sản
phẩm mà người ta có thể chọn loại vật liệu độn cho
thích hợp. Có hai dạng độn:
• Độn dạng sợi: sợi có tính năng cơ lý hoá cao hơn độn dạng hạt, tuy nhiên, sợi có giá
thành cao hơn, thường dùng để chế tạo các loại vật liệu cao cấp như: sợi thủy tinh, sợi
carbon, sợi Bo, sợi cacbua silic, sợi amide…
• Độn dạng hạt: thường được sử dụng là: silicat, CaCO
3
, vẩy mica, vẩy kim loại, độn
khoáng, cao lanh, đất sét, bột talc, hay graphite, carbon… khả năng gia cường cơ tính của
chất độn dạng hạt dược sử dụng với mục đích sau:
- Giảm giá thành
- Tăng thể tích cần thiết đối với độn trơ, tăng độ bền cơ lý, hoá, nhiệt, điện, khả năng
chậm cháy đối với độn tăng cường.
- Dễ đúc khuôn, giảm sự tạo bọt khí trong nhựa có độ nhớt cao.
14
- Cải thiện tính chất bề mặt vật liệu, chống co rút khi đóng rắn, che khuất sợi trong cấu
tạo tăng cường sợi, giảm toả nhiệt khi đóng rắn.
Có thể sử dụng CO
2
lỏng để thay thế cho các dung môi hữu cơ cho quá trình tổng hợp
các hỗn hợp polyeste/đất sét để tổng hợp nanocomposite.
Các loại nhựa như epoxy, phenolformaldehyt,
polyeste… đều có tính thấm ướt tốt đối với vật liệu gia
cường dạng hữu cơ, bởi vậy công đoạn trộn nhựa với
cốt rất thuận lợi và đơn giản. Riêng đối với cốt là vật
liệu vô cơ, ví dụ như các loại sợi gốm, có tính thấm ướt

rất kém nên trước khi trộn phải có công đoạn bọc hoặc
thấm lên trên cốt.
Composite với vật liệu gia cường là khoáng (gốm), với vật liệu nền liên kết dạng: nền
hữu cơ (nhựa, hạt), nền kim loại (hợp kim Titan, hợp kim Al,…), nền khoáng (gốm).
Đất sét chứa các hạt nano là loại vật liệu xây dựng lâu đời. Hiện nay, polymer gia
cường bằng đất sét (nanoclay) được ứng dụng khá nhiều như dùng trong bộ phận hãm xe
hơi. Ngoài ra có thể sử dụng hạt carbon đen có kích thước 10 đến 100 nm để gia cường cho
vỏ xe hơi.

Clay
Thermoplastic
Blending
Annealing
Clay
Swelling
Monomer
Polymerization
Nanocomposite
15
Nanocomposite
3.2. ỨNG DỤNG :
3.2.1. VẬT LIỆU CHỊU LỬA:
Vật liệu chịu lửa samot và bán axit được sản xuất từ hỗn hợp đất sét hay kaolin chịu
lửa với samot. Đây là loại vật liệu chịu lửa phổ biến nhất và thường chiếm 70% sản lượng
vật liệu chịu lửa nói chung. Tỷ lệ này cũng phù hợp với nước ta trong giai đoạn này.
3.2.1.1. Thành phần vật liệu chịu lửa
Nền liên kết: cao lanh, đất sét.
Vật liệu gia cường: samot.
3.2.1.2. Qui trình sản xuất
A) Chuẩn bị đất sét làm chất kết dính :

Đất sét làm chất kết dính trong phối liệu sản xuất gạch chịu lửa samot cần phải phân
phối đều giữa các hạt samot. Vì vậy, chúng ta cần phải lần lượt nghiền hay thái, sấy, nghiền
Clay
Monomer
Swelling
Solvent
Intercalation &
Polymerization
Solvent
Evaporation
Clay
Monomer
Polymerization
Water
Surfactant
Nanocomposite
Initiator
16
Nanocomposite
mịn và có thể sang rồi chuyển đến kho. Muốn sấy khô được tốt, có hiệu quả phải dùng máy
nghiền trục răng hay máy thái đất thành lát mỏng. Để sấy đất sét thường dùng l2o sấy thùng
quay có đệm làm việc theo nguyên tắc cùng chiều giữa khí và đất. Độ ẩm cùa đất sét vào lò
sấy 15 – 25%, sau khi sấy 5 – 7%, nhiệt độ khí vào sấy 600 – 800
o
C ra 105 – 120
o
C. Vì vậy
làm việc cùng chiều nên không sợ đất bị quá nhiệt tránh được đehidrat hóa.
Nghiền đất sét thường dùng máy nghiền lô xô, với độ ẩm 10 – 12% sau khi nghiền
hạt < 0.54mm đạt tới hơn 70%. Sauk hi nghiền xong có thể sang, hạt lớn hơn 1.5 – 2mm sẽ

quay vào máy nghiền.
Mới nhất hiện nay người ta dùng hệ thống máy sấy nghiền liên hợp với quạt hút qua
cyclone lắng bụi. Đầu tiên nguyên liệu qua máy tiếp liệu vào máy nghiền tại tháp đứng cùng
với khói lò. Đất sét mịn bay theo khí nóng qua cylon để lắng bởi quạt hút. Dùng kiểu này
tiêu tốn năng lượng chung ít hơn 25% so với phương pháp sấy thùng quay và nghiền trong
máy lô xô. Kích thước của máy quay nhỏ, đầu tư vốn ít so với phương pháp trên, thành phần
hạt và độ ẩm dễ điều chỉnh.
B) Nung samot :
Samot sản xuất bằng cách nung đất sét hay kaolin đến nhiệt độ kết khối, độ hút nước
của nó không quá 5%, loại đặc biệt nhỏ hơn 2% (ở loại hạt nhỏ 2 – 3mm). Độ hút nước phụ
thuộc vào nhiệt độ nung và phương pháp chuẩn bị đất sét. Người ta tận dụng các mảnh vỡ,
phế phẩm samot nhưng độ xốp của nó cao hơn so với samot đã nung đến kết khối.
Để nung đất sét hay kaolin thành samot có nhiều phương pháp. Hiện nay ở nhiều nhà
mấy dùng lò đứng nhưng tốt hơn cả là dùng lò quay đốt bằng nhiên liệu khí hay dầu FO.
Nếu đốt bằng nhiên liệu rắn, xỉ sẽ làm bẩn samot và làm giảm chất lượng samot. Lò quay là
lò cơ khí hóa cao, chất lượng samot cao và đồng nhất cao (độ hút nước < 5%).
1. Nghiền samot :
Ra khỏi lò nung samot phải đập nhỏ trong máy đập hàm, hoặc trong máy dập côn đến
kích thước 20 – 30mm. Sau đó, chúng được nghiền nhỏ trong máy nghiền quả lăn (xa luân),
máy búa, máy nghiền trục nhẵn, máy nghiền côn. Thời gian hiện nay người ta dùng máy
nghiền quả lăn nặng với cấu tạo đơn giản, năng suất cũng tương đối cao hoặc dùng máy đập
búa với khe sang tương ứng. Máy nghiền quả lăn có ưu điểm là hạt tạo ra tương đối tròn để
dễ sắp xếp hạt trong phối liệu có mật độ cao.
17
Trong công nghiệp vật liệu chịu lửa thường dùng các cỡ hạt khác nhau do đo sau khi
nghiền samot phải sang phân loại hạt và người ta hay dùng máy sang rung. Kích thước hạt
lớn nhất của samot 3 – 5mm.
Để có các loại hạt mịn (10% còn lại trên sàng 4900 lỗ/cm
2
) thường dùng các máy

nghiền bi có đường kính tương ứng sản lượng yêu cầu.
2. Lựa chọn thành phần hạt samot :
Thành phần hạt ảnh hưởng nhiều đến chất lượng sản phẩm sau samot. Điều chỉnh
thành phần hạt samot sẽ làm tahy đổi được tính chất sản phẩm cũng như cường độ, mật độ,
độ bền xỉ, độ bền khối, độ bền sốc nhiệt, độ thẩm khí…
Thực tế với phối liệu samot chứa nhiều đất sét kết dính (đến 40 – 50%), mật độ sắp
xếp của hạt samot không có giá trị quyết định lên mật độ cản phẩm v2i đất sét sẽ pah1 hủy
việc phân phối sắp xếp lại hạt samot.
Tuy nhiên loại sản phẩm chứa 20 – 30% đất sét, các hạt samot nhỏ hơn 0.1 – 0.2mm
có giá trị quyết định lên tính chất sản phấm samot. Nếu tăng lượng này lên mặc dù kích
thước hạt lớn nhất đến 4 – 5mm nó vẫn tăng cường mật độ và giảm độ thấm khí của sản
phẩm, khi đó độ bền sốc nhiệt giảm đi một ít. Nếu giảm lướng hạt nhỏ ngay cả khi giảm độ
lớn cực đại của hát xuống 1 – 2mm nó sẽ làm sản phậm bị tả, bở và hạ thấo cường độ của
chúng, nhưng nó lại tăng độ bền sốc nhiệt lên một ít.
Vai trò quyết định của hạt samot rất mịn là tác dụng làm gầy đất sét kết dính. Đất sét
kết dịnh được làm gầy bằng các hạt bụi samot, khi sấy, nung sẽ giảm co thể tích và mức độ
rời đứa giữa đất sét kết dính với hạt samot lớn sẽ rất nhỏ. Nếu phối liệu chứa tương đối ít hạt
lớn thì sản phẩm dể dàng co thể tích khi nung. Độ co dài tổng của nó so sánh với phối liệu
hạt lớn khi cùng tỷ lệ đất sét kết dính tăng lên 2 – 3%. Như vậy, sản phẩm chứa nhiều hạt
mịn sẽ tăng cường độ và mật độ sản phẩm lên.
Nếu giảm lượng hạt mịn sẽ hạ thấp mức độ làm gầy đất sét kết dính. Như thế sự lien
kết giữa đất sét kết dính và hạt samot bị đứt rời khi nung. Hạt samot lớn lại giảm đại lượng
độ co của tổng sản phẩm khi nung nên tăng việc tạo thành các kẽ nứt li ti giữa đất sét kết
dính và hạt samot. Điều đó dẫn tới hạ thấo mật độ, cường độ sản phẩm nhưng lại tăng độ bền
sốc nhiệt của chúng lên.
18
Như vậy thay đổi đại lượng hạt nhỏ nhất có thể điều chỉnh được tính chất quan trọng
nhất cảu sản phẩm là độ bền sốc nhiệt và độ bền xỉ. Nếu đồng thời giảm lượng hạt nhỏ, tăng
kích thước hạt lớn đên 3 – 5mm thì sẽ tăng độ bền sốc nhiệt. Nếu tăng lượng hạt nhỏ đồng
thời hạ thấp độ lớn của hạt xuống 1.5 – 2mm thì dẫn đến tăng cường độ, mật độ, độ bền xỉ

của sản phẩm.
Việc lựa chọn thành phần hạt samot cho sản phẩm nhiều samot khác nhau với phối
liệu samot thường vì lượng đất sét kết dính ít (15 – 20%). Cho nên sự sắp xếp các hạt, thành
phần hạt của nó có giá trị quyết định lên tính chất sản phầm. Khio sản xuất sản phẩm nhiều
samot người ta thường dung 2 hoặc 3 cỡ hạt còn loại samot thường người ta không phân
riêng cỡ hạt. Phối liệu sản phẩm nhiều samot độ ẩm khoảng 5 – 6%, để tăng độ lien kết và
cường độ viên mộc có thể cho them 0.5% keo CLS (khối lượng thô), mặt khác cần thành
phần hạt có mật độ sắp xếp cao nhất. Nếu dung hạt lớn 4 – 5mm trung bình 4.5mm là tối đa,
các hạt 0.5 – 1mm trung bỉnh là 0.75mm và hạt mịn 0.05 – 0.15mm trung bình 0.1mm, tỷ lệ
kích thước hạt tượng ứng là 6 và 7.5. Tỷ lệ này theo tính toán cũng như thực tế đã được kiểm
tra thì mật độ sắp xếp cực đại nếu dung 2 – 3 loại hạt có tỷ lệ tốt nhất là: hạt lớn 55 – 65%,
hạt trung bình 10 – 30%, hạt mịn 15 – 30%.
3. Tạo hình sản phẩm từ phối liệu bán thô:
Ép bán khô bảo đảm cho sản phẩm có chất lượng cao nghĩa là kích thước, hình dạng
ổn định, cấu tạo đồng nhất, độ ép bán khô là phương pháp chủ yếu đối với gạch thường,
gạch dị hình đơn giản và cả đối với gạch dị hình phức tạp. ép bán khô khác với phương pháp
dẻo là độ ẩm phối liệu chỉ trong khoảng 7 – 8% (độ ẩm tương đối). Ở độ ẩm như vậy gần
50% đất kết dính không nằm ở trạnh thái dẻo mà ở trạng thái trương nở mà thôi.
Để liên kết giữa đất sét và samot được tốt, phối liệu đó được chuẩn bị và ép dưới áp
suất lớn 300kg/cm
2
hoặc cao hơn nhiều. sơ đồ sản xuất gạch samot bằng phương pháp ép
bán khô cho hình sau:
Để làm tốt sự liên kết giữa đất sét và hạt samot khi chuẩn bị phối liệu người ta thấm
ướt hạt samot thô bằng đất sét ở dạng huyền phù có hoặc không có chất điện giải. khi thấm
ướt như vậy trên mặt hạt samot tạo thành một màng mỏng đất sét. Samot nung kém nên hút
hơi ẩm của đất sét hay huyền phù quá mạnh làm màng đất quá khô, sự liên kết giữa hạt
samot với đất sét kém đi, cho nên đối với samot xốp độ ẩm phối liệu cần phải tăng lên. Sau
19
đó trộn samot và sét mịn, các giai đoạn này tiến hành ở máy trộn. Nhiệm vụ của máy trộn

không phải chỉ là phân phối đều đất sét giữa các hạt samot mà còn làm nhiệm vụ liên kết
giữa các hạt samot lại với nhau. Để gia công phối liệu tốt nhất dùng máy trộn quả lăn, vì nó
vừa miết, vừa làm sít đặc phối liệu dưới tác dụng của quả lăn. Nếu sử dụng đất sét dẻo kết
khối tốt thì không phải dùng máy trộn quả lăn nặng mà dùng loại nhẹ. Việc trộn phối liệu
được làm rất nhanh trong máy trộn quả lăn nhẹ (250 kg/quả) kết hợp với máy đánh tơi.
Khuyết điểm của máy trộn quả lăn ngoài việc tiêu tốn nhiều điện ra, nó còn làm thay
đổi thành phần hạt ban đầu, làm chặt phối liệu nên phỉa đánh tơi phối liệu đó. Nhiều nhà
máy hiện nay công việc trộn hoàn toàn tự động hóa làm năng suất và chất lượng tăng lên rất
nhiều lần.
Nhiệm vụ ép là làm phối liệu đã chuẩn bị ở trên sít đặc nhất và đồng đều nhất dưới
tác dụng của lực ép. Cường độ, mật độ gạch phụ thuộc vào quá trình ép. Loại gạch samot
thường người ta dùng các loại máy nén khác nhau với lực nén đến trên 1000 tấn, nén cùng
lúc 4 viên gạch có kícht hước tiêu chuẩn, áp lực riêng đến 400 kg/cm
2
tùy loại sản phẩm. để
đảm bảo mật độ cao cần loại trừ không khí khỏi phối liệu, có thể dùng phương pháp hút chân
không. Tùy theo yêu cầu cũng như hình dạng của gạch mà có thể chọn máy ép và phương
pháp ép khác nhau.
Ngoài phương pháp ép bán khô phổ biến người ta còn dùng phương pháp ép dẻo,
phương pháp đổ rót đối với sản phẩm đặc biệt.
4. Sấy sản phẩm
Sản phẩm samot chủ yếu sấy trong lò sấy Tuynen liên tục, phòng sấy gián đoạn. Ngày
nay các sản phẩm dị hình phức tạp người ta sấy trên các khung đa785c trong nhà phơi sấy có
nhiệt độ thấp trong thời gian dài.
Hiện nay sản phẩm samot nén bán khô cho phép ta tăng cường độ sấy lên được, vì thế
người ta đã xây lò sấy Tuynen ghép với lò nung Tuynen. Tác nhân sấy là khí nóng lấy từ lò
nung với nhiệt độ khi vào là 180 – 250
o
C ra 60 – 80
o

C. Trước khi vào lò nung gạch chịu lửa
đã được hâm nóng tại lò sấy.
Thời gian sấy sản phẩm samot tiêu chuẩn và dị hình nhỏ bằng phương pháp bán khô
khoảng 12 giờ, còn phương pháp dẻo thời hạn sấy 10 – 30 giờ. Sấy sản phẩm kích thước lớn
20
khối lượng không quá 5 kg thời hạn sấy 20 giờ, loại 10 – 12 kg cần 40 – 60 giờ, loại 15 – 20
kg lên đến 80 – 100 giờ.
5. Nung sản phẩm:
Nhiệm vụ nung là kết khối tốt và đảm bảo mật độ, độ ổn định thể tích, cường độ sản
phẩm. Nhiệt độ nung cần thích hợp, nếu quá cao thì sản phẩm có cường độ cao, mật độ lớn
nhưng sản phầm bị biến dạng do bị clinke hóa.
Quá trình hóa lý cơ bản xảy ra khi nung samot ở từng giai đoạn có khác nhau. Ở nhiệt
độ 150 – 200
o
C sản phẩm tách hết nước cơ học. Tốc độ ở giai đoạn này dao động trong
khoảng 10 – 20
o
C trong 1 giờ. Sản phẩm nhiều samot thì tốc độ năng nhiệt độ nhanh hơn so
với các loại khác.
Tiếp tục nâng nhiệt độ đến 400 – 550
o
C tùy theo tốc độ nâng nhiệt độ mà nó dần dần
phân hủy kaolinite, tách ra nước liên kết hóa học. Đồng thời với việc tách nước hóa học sản
phẩm co không nhiều lắm (0.5 – 1%) do đó không gây nên ứng suất lớn lắm cho sản phẩm.
Trong giai đoạn phân hủy kaolinite này cường độ sản phẩm hạ đi một ít, nhưng đồng
thời sản phẩm cũng có khả năng biến dạng dẻo.
Thực tế khi nung các sản phẩm đất sét ở giai đoạn này kẽ nứt thường không xuất
hiện.
3.2.1.3. Ứng dụng và tính chất:
a. Tính chất

Gạch chịu lửa samot, samot kaolin, bán axit là những gạch phổ biến, tính chất cơ bản
được đặc trưng bằng những chỉ tiêu cho trong bảng sau:
Độ chịu lửa, nhiệt độ biến dạng dưới tải trọng của sản phẩm không chỉ phụ thuộc vào
hàm lượng %Al
2
O
3
mà còn vào lượng cũng như loại tạp chất, công nghệ sản xuất chúng.
Chúng vì vậy có nhiều sản phẩm samot có hàm lượng %Al
2
O
3
chỉ 32 – 34% nhưng nhiệt độ
bắt đầu biến dạng dưới tải trọng 2 kG/m
2
đạt tới 1420 – 1450
o
C và độ chịu lửa trên 1730
o
C.
Nhiệt độ bắt đầu biến dạng của gạch bán axit (SiO
2
không nhỏ hơn 75%) cao hơn một
ít so với samot. Nhưng nhiệt độ biến dạng hoàn toàn (40%) lại thấp hơn so với samot vàt
hường không quá 1450 – 1500
o
C. Tính chất gạch chịu lửa bán axit có thể tham khảo tiêu
chuẩn (Nga) trong bảng sau:
21
Sản phẩm samot kaolin có nhiệt độ biến dạng bắt đầu ở 1450 – 1550

o
C và phá hủy ở
1600 – 1650
o
C do độ tinh khiết của nguyên liệu cũng như của sản phẩm cao hơn.
Sản phẩm samot nói chung có độ bền sốc nhiệt rất cao và có thể đạt trên 100, đó là loại
điển hình cho họ gạch chịu lửa họ aluminosilicat.
Tuy nhiên độ bền sốc nhiệt của sản phẩm phụ thuộc vào thành phần phối liệu, phương
pháp nén, tạo hình và cấu trúc sản phẩm. Độ bền sốc nhiệt cao sẽ tăng được tuổi thọ của
gạch trong lò nhất là ở những lò làm việc gián đoạn hay ở những lò có dao động nhiệt quá
nhiều.
Gạch chịu lửa samot dùng lâu trong lò nung ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nung của
chúng sẽ làm sản phẩm có độ co phụ. Độ co phụ nhỏ nhất ứng với sản phẩm nhiều samot kết
khối tốt, độ xốp nhỏ, tạp chất ít, mật độ cao.
Sản phẩm bán axit khi dùng có độ co nhỏ hơn so với samot, một vài loại lại nở. Muốn
sản phẩm bán axit có thể tích ổn định thì phải lựa chọn lượng và kích thước hạt quartz trong
phối liệu. Đó là ưu điểm lớn nhất của sản phẩm bán axit so với gạch samot.
Sản phẩm samot nói chung có độ bền sốc nhiệt cao, đ1o là loại điển hình cho họ gạch
chịu lửa họ aluminosilicat. Tuy nhiên độ bền sốc nhiệt của sản phẩm phụ thuộc vào thành
phần phối liệu, phương pháp nén, tạo hình và cấu trúc của sản phẩm.
Nếu hàm lượng samot tăng lên thì độ bền sốc nhiệt tăng lên. Ví dụ sản phầm có tỷ lệ
samot và đất sét như sau: từ 40/60 đến 60/40 độ bền sốc nhiệt 10 – 25, loại 85/15 đến 90/10
độ bền sốc nhiệt 150 và cao hơn (độ bền sốc nhiệt ứng với 850
o
C làm nguội bằng nước).
Sản phẩm samot và bán axit có tính axit cao, hàm lượng Al
2
O
3
càng tăng thì tính axit

giảm tương đối. Chính vì vậy các loại gạch này không thể tiếp xúc với gạch hay xỉ kiềm
được.
Độ bền xỉ phụ thuộc vào độ xốp và lượng lỗ xốp trong sản phẩm. tất cả những nhân tố
kỹ thuật nào làm hạ thấp độ xốp của sản phẩm đều làm tăng độ bền xỉ của chúng.
b. Ứng dụng
Gạch chịu lửa samot là loại gạch chịu lửa có độ bền sốc nhiệt cao so với nhiều loại
gạch khác, độ chịu lửa đạt yêu cầu, có độ bền xỉ lớn, nhất là nguyên liệu sản xuất chúng dễ
kiếm, rất phổ biến. Cho nên nó là loại gạch dùng nhiều nhất về số lược cũng như phạm vi sử
dụng.
22
Trong sản xuất gang nó được dùng để xây lò cao, lò gió nóng, thùng đổ gang, đúc phôi.
Trong công nghiệp luyện thép nó dùng để xây thùng nước thép, đúc phôi, lò nung phôi
nước théo có nhiệt độ đến 1500
o
C đổ vào thùng lót bằng gạch chịu lửa samot mà gạch chịu
lửa vẫn bền vững, điều đó chứng tỏ gạch chịu lửa samot chịu dao động nhiệt độ rất cao.
Trong công nghiệp silicat nó dùng để xây lò nung đồ gốm, đồ sành, đồ sứ cũng như các
lò nấu thủy tinh, nung clinke xi măng, lò khí hóa than, các ghi đốt nhiên liệu buồng đốt nóng
không khí, nồi nấu thủy tinh, men sắt…
Ngoài ra nó còn sử dụng trong luyện cốc, luyện kim màu, nồi hơi, lò điện, công nghiệp
hóa chất, hóa dầu, hóa thực phẩm… Phạm vi sử dụng của nó rất rộng rãi, nguyên liệu dễ
kiếm nên khối lượng sản xuất tương đối nhiều. Hiện nay gạch nung samot sản xuất ra chừng
70% tổng sản lượng gạch chịu lửa thế giới.
VI/ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI:
Montmorillonite nguyên liệu cho nanocomposite
Loại nanoclay đầu tiên được tìm thấy trên thế giới là montmorillonite (ở
Montmorillon, Pháp, năm 1874). Tuy nhiên, đến năm 1993, vật liệu polyme clay
nanocomposite mới lần đầu tiên được chế tạo thành công.
Công thức phân tử: M
y+

(Al
2
-y
Mg
y
)(Si
4
)O
10
*nH
2
O.
Đất sét được xử lý nhằm để thu được những hạt MMT tinh khiết bằng quy trình xử lý
cơ lý như siêu âm, sa lắng và/hay ly tâm nhằm loại bỏ tạp chất như khoáng quartz, feldspar.
Ngoài ra, MMT được xử lý tiếp bằng các phương pháp hóa học nhằm loại bỏ các oxit sắt,
calcite và axit hữu cơ. Sau các quy trình xử lý tinh khiết, MMT được biến tính tiếp theo bằng
polyethylene oxide (theo phương pháp dung dịch và siêu âm) nhằm tạo sự tương hợp tốt
giữa pha gia cường và nhựa nền.
Montmorillonite clays là một dạng đất sét trắng, có thể hấp thụ hơn 20 – 30 lần thể
tích của nó trong nước và là sự quan tâm đặc biệt của công nghiệp chất dẻo.
MMT có khả năng hấp thu và giữ các cation dương như: Na
+
, Ca
+
là do trong cấu trúc
của MMT luôn xảy ra sự thay thế của Mg
+
cho Al
3+
trong lớp bát diện, và Fe

2+
, Fe
3+
thay thế
cho Al
3+
, Si
4+
trong mạng lưới 6 cạnh. Các cation dương Na
+
, Ca
2+
này có thể được thay thế
một cách có mục đích bằng các cation khác có khả năng hydrat hoá nhưng có tính ưa hữu cơ.
Điều này làm cho MMT có khả năng trộn hợp với polymer được dễ dàng hơn.
23
Biến tính Clay là chuyển các clay từ các dạng ưa nước do giữa các lớp của nó có chứa
các ion kim loại sang dạng clay ưa hữu cơ (organoclay). Để làm được điều này, người ta
thường cho các cation hữu cơ trao đổi với các ion kim loại trong cấu trúc lớp của Clay.
Trong những năm qua, montmorillonite đã được biến tính bề mặt để chuyển hóa bề mặt từ
dạng ưa nước sang dạng ưa chất hữu cơ. Những sản phẩm này được sử dụng nhiều nhất để
tổng hợp vật liệu nanocomposite, ngoài ra còn được ứng dụng như là tác nhân cô đặc trong
sơn – nền dầu và nhiều ứng dụng khác của chất lỏng hữu cơ. Biến tính bề mặt clay có thể đạt
được thông qua hai cơ chế chính: trao đổi ion (ion exchange) và tương tác ion lưỡng cực (ion
dipole interaction).
Nhìn chung, vật liệu nanocomposite có tính chất tốt hơn so với composite thông
thường nên có nhiều ứng dụng đặc biệt và hiệu quả hơn. Đây sẽ là lọai vật liệu mở ra nhiều
hướng nghiên cứu mới và hứa hẹn nhiều tiềm năng ứng dụng cao.
Polymer/đất sét có thể làm vật liệu chống
cháy, ví dụ như một số loại nanocomposite của

Nylon 6/silicate, PS/layered silicate… hay vật liệu
dẫn điện như nanocomposite PEO/Li-MMT (MMT =
Montmorillonite) dùng trong pin, vật liệu phân hủy
sinh học như PCL/MMT hay PLA/MMT.
Polymer phân hủy sinh học được xem là một
loại polymer xanh thân thiện với con người và môi trường. Trong đó, poly(ε-caprolactone)
(PCL) được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực thương mại cũng như y học: bao bì thực phẩm,
cấy mô xương, giá mang thuốc,… Tuy nhiên, tính chất cơ lý kém của PCL đã cản trở khả
năng ứng dụng của nó. Nanocomposite trên nền PCL với pha gia cường là khoáng sét
Montmorillonite (MMT) là một hướng nghiên cứu nhằm khắc phục nhược điểm này.
Nanocomposite PCL/MMT được điều chế bằng phương pháp nóng chảy và bằng phản ứng
mở vòng in-situ (ε-caprolactone) khơi mào bằng n-propanol và xúc tác là Bu
2
SnCl
2
/toluen. 3
loại khoáng sét được sử dụng là: MMT(OH)
2
(MMT được biến tính bằng cation
alkylammonium có 2 nhóm –OH), N15 (MMT được biến tính bằng cation alkylammonium),
N757-PEO (MMT được biến tính bằng oligomer polyethyleneoxide).
24
Ngoài ra, khi các polymer như ABS, PS, PVA…
được gia cường hạt đất sét khác nhau sẽ cải thiện
đáng kể tính chất cơ lý của polymer và có những ứng
dụng khác nhau như ABS/MMT làm khung xe hơi
hay khung máy bay, PMMA/MMT làm kính chắn
gió, PVA/MMT làm bao bì…
Các hạt nano được sử dụng trong sơn có thể cải thiện đáng kể tính chất như làm cho
lớp sơn mỏng hơn, nhẹ hơn, sử dụng trong máy bay nhằm giảm trọng lượng máy bay.

Cao su và cotton là những nông sản từ xa xưa. Tuy nhiên, không giống cotton, cao su
thiên nhiên gặp phải sự cạnh tranh mạnh mẽ từ cao su tổng hợp, loại vật liệu rất phát triển
trong thế chiến thứ hai. Năm 1964, 75% lượng cao su trên thế giới thuộc về cao su tổng hợp.
Nhưng sau đó, sự xuất hiện của lốp không săm đã cứu vớt vai trò của cao su thiên nhiên với
lượng tiêu thụ 42% trong tổng số 19,61 triệu tấn, theo thống kê năm 2004.
Khoảng 50% lốp xe ôtô trên thế giới được làm từ cao su thiên nhiên. Tuy nhiên, lốp sản xuất
từ loại vật liệu này có những điểm yếu như không bền, dễ mài mòn, không chịu được nhiệt
độ cao và mất dần tính đàn hồi trong quá trình sử dụng. Để khắc phục những khó khăn đó,
các nhà nghiên cứu đã áp dụng công nghệ nano vào quá trình sản xuất xuất lốp.
Những công ty như Inmat và Nanonor đang sản xuất các hạt đất sét kích thước nano,
trộn chúng với nhựa hay cao su tổng hợp để tạo ra một bề mặt kín khít. Các hạt đất sét nano
của Inmat được sử dụng dưới dạng chất kết dính. Bên cạnh đó, công ty này cũng liên kết với
Michelin, hãng sản xuất lốp hàng đầu thế giới để ứng dụng công nghệ này trên lốp không
săm. Nó sẽ dần thay thế cao su truyền thống và làm lốp nhẹ, rẻ và mát hơn.
Cao lanh, đất sét – những vật liệu tưởng chừng như đơn giản nhưng nó có một giá trị
kinh tế to lớn, có nhiều ứng dụng cho ngành vật liệu mới. Nguồn nguyên liệu dễ tìm này
25