VẬT LIỆU COMPOZI

V Ậ T L I Ệ U C O M P O Z I T E
NỘI DUNG
1. Khái niệm vật liệu compozite
2. Lịch sử phát triển vật liệu compozite
3. Thành phần cấu tạo vật liệu compozite
4. Phân loại vật liệu compozite
5. Công nghệ chế tạo vật liệu compozite
6. Một số sản phẩm được chế tạo tư vât
liệu compozite
7. Phương hướng phát triển.
1. KHÁI NIỆM VẬT LIỆU COMPOZITE

Vật liệu composite hay
composite là vật liệu tổng hợp
từ hai hay nhiều vật liệu khác
nhau tạo lên vật liệu mới có
tính năng hơn hẳn các vật
liệu ban đầu, khi những vật
liệu này làm việc riêng rẽ.

Vật liệu Composite 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
X e đ ư ợ c l à m t ừ v ậ t l i ệ u c o m p o z i t
2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN


Những vật liệu compozit
đơn giản đã có từ rất xa
xưa. Khoảng 5000 năm
trước công nguyên con
người đã biết trộn những
viên đá nhỏ vào đất trước
khi làm gạch để tránh bị
cong vênh khi phơi nắng.
Và điển hình về compozit
chính là hợp chất được
dùng để ướp xác của
người Ai Cập

Người Hy Lạp cổ cũng đã
biết lấy mật ong trộn với
đất, đá, cát sỏi làm vật
liệu xây dựng.

Và ở Việt Nam, ngày xưa
truyền lại cách làm nhà
bằng bùn trộn với rơm
băm nhỏ để trát vách
nhà, khi khô tạo ra lớp
vật liệu cứng, mát về mùa
hè và ấm vào mùa
đông
3. THÀNH PẦN VÀ CẤU TẠO VẬT LIỆU
COMPOZITE


Nhìn chung, mỗi vật liệu
composite gồm một hay
nhiều pha gián đoạn được
phân bố trong một pha liên
tục duy nhất. (Pha là một
loại vật liệu thành phần nằm
trong cấu trúc của vật liệu
composite.) Pha liên tục gọi
là vật liệu nền (matrice),
thường làm nhiệm vụ liên
kết các pha gián đoạn lại.
Pha gián đoạn được gọi là
cốt hay vật liệu tăng cường
(renfot) được trộn vào pha
nền làm tăng cơ tính, tính
kết dính, chống mòn, chống
xước
s ợ i k e v l a r v
Nền
cácbon
3. THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO VẬT LIỆU
COMPOZITE
3.1 thành phần cốt: gồm có 9 loại cốt
3.1.1 Sợi thuỷ tinh

Sợi thủy tinh, được kéo ra từ các loại
thủy tinh kéo sợi được (thủy tinh dệt),
có đường kính nhỏ vài chục micro
mét. Khi đó các sợi này sẽ mất
những nhược điểm của thủy tinh

khối, như: giòn, dễ nứt gẫy, mà trở
nên có nhiều ưu điểm cơ học hơn.
Thành phần của thủy tinh dệt có thể
chứa thêm những khoáng chất như:
silic, nhôm, magiê, tạo ra các loại
sợi thủy tinh khác nhau như: sợi thủy
tinh E (dẫn điện tốt), sợi thủy tinh D
(cách điện tốt), sợi thủy tinh A (hàm
lượng kiềm cao), sợi thủy tinh C (độ
bền hóa cao), sợi thủy tinh R và sợi
thủy tinh S (độ bền cơ học cao). Loại
thủy tinh E là loại phổ biến.
V ả i s ợ i t h ủ y t i n h
V ả i s ợ i t h ủ y t i n h - c á c h đ i ệ n
3. THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO VẬT LIỆU
COMPOZITE
3.1.2 Sợi Bazan
3. THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO VẬT LIỆU
COMPOZITE
3.1.3 Sợi hữu cơ

Các loại sợi hữu cơ phổ biến:
Sợi kenvlar cấu tạo từ hợp
chất hữu cơ cao phân tử aramit,
được gia công bằng phương
pháp tổng hợp ở nhiệt độ thấp (-
10°C), tiếp theo được kéo ra
thành sợi trong dung dịch, cuối
cùng được sử lý nhiệt để tăng
mô đun đàn hồi. Sợi kenvlar và

tất cả các sợi làm từ aramit khác
như: Twaron, Technora, có giá
thành thấp hơn sợi thủy tinh
như cơ tính lại thấp hơn: các
loại sợi aramit thường có độ bền
nén, uốn thấp và dễ biến dạng
cắt giữa các lớp.
S ợ i c ố t t r e
3. THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO VẬT LIỆU
COMPOZITE
3.1.4 Sợi Cacbon

Sợi cacbon chính là sợi graphit
(than chì), có cấu trúc tinh thể bề
mặt, tạo thành các lớp liên kết
với nhau, nhưng cách nhau
khoảng 3,35 A°. Các nguyên tử
cacbon liên kết với nhau, trong
một mặt phẳng, thành mạng tinh
thể hình lục lăng, với khoảng
cách giữa các nguyên tử trong
mỗi lớp là 1,42 A°. Sợi cacbon có
cơ tính tương đối cao, có loại
gần tương đương với sợi thủy
tinh, lại có khả năng chịu nhiệt
cực tốt.
s ợ i c a r b o n
3. THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO VẬT LIỆU
COMPOZITE
3.1.5 Sợi Bor


Sợi Bor hay Bore (ký hiệu
hóa học là B), là một
dạng sợi gốm thu được
nhờ phương pháp kết
tủa. Sản phẩm thương
mại của loại sợi này có
thể ở các dạng: dây sợi
dài gồm nhiều sợi nhỏ
song song, băng đã tẩm
thấm dùng để quấn ống,
vải đồng phương.
3. THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO VẬT LIỆU
COMPOZITE
3.1.6 Sợi Cacbua Silic

Sợi Cacbua Silic (công thức hóa học là: SiC) cũng là
một loại sợi gốm thu được nhờ kết tủa.
3. THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO VẬT LIỆU
COMPOZITE
3.1.7 Sợi kim loại
3. THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO VẬT LIỆU
COMPOZITE
3.1.8 Sợi ngắn và các hạt
phân tán
3. THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO VẬT LIỆU
COMPOZITE
3.1.9 Cốt vải

Cốt vải là tổ hợp thành bề mặt

(tấm), của vật liệu cốt sợi, được
thực hiện bằng công nghệ dệt.
Các kỹ thuật dệt vải chuyền
thống thường hay dùng là: kiểu
dệt lụa trơn, kiểu dệt xa tanh,
kiểu dệt vân chéo, kiểu dệt vải
mô đun cao, kiểu dệt đồng
phương. Kiểu dệt là cách đan
sợi, hay còn gọi là kiểu chéo
sợi. Kỹ thuật dệt cao cấp còn có
các kiểu dệt đa phương như:
bện, tết, và kiểu dệt thể tích tạo
nên vải đa phương.
s ợ i v ả i
3. THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO VẬT LIỆU
COMPOZITE
3.2 Vật liệu nền

3.2.1 Chất liệu nền
polyme nhiệt rắn:

Nhựa polyeste và nhóm
nhựa cô đặc như: nhựa
phenol, nhựa furan, nhựa
amin, nhựa epoxy.
3. THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO VẬT LIỆU
COMPOZITE

3.2.2 Chất liệu nền polyme
nhiệt dẻo


Nền của vật liệu là
nhựa nhiệt dẻo như: PVC,
nhựa polyetylen, nhựa
polypropylen, nhựa
polyamit,
3. THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO VẬT LIỆU
COMPOZITE

3.2.3 Chất liệu nền
cacbon:
3. THÀNH PHẦN VÀ CẤU TẠO VẬT LIỆU
COMPOZITE

3.2.4 Chất liệu nền
kim loại

Vật liệu compozit nền
kim loại có modun đàn
hồi rất cao có thể lên
tới 110 GPa. Do đó đòi
hỏi chất gia cường
cũng có modun cao.
Các kim loại được sử
dụng nhiều là: nhôm,
niken, đồng.
.ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VẬT LIỆU COMPOZITE

Ưu điểm:


Khả năng chế tạo từ vật liệu này thành các kết cấu
sản phẩm theo những yêu cầu kỹ thuật khác nhau

Khả năng chịu nhiệt và chịu sự ăn mòn của vật liệu
trong điều kiện khắc nghiệt của môi trường.

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
triển khai được các thủ pháp công nghệ, thuận lợi
cho quá trình sản xuất.
4.PHÂN LOẠI VẬT LIỆU COMPOZITE

4.6 Theo bản chất vật liệu nền và cốt

Composite nền hữu cơ: composite nền giấy (cáctông), composite
nền nhựa, nền nhựa đường, nền cao su (tấm hạt, tấm sợi, vải
bạt, vật liệu chống thấm, lốp ô tô xe máy), Loại nền này thường
có thể kết hợp với mọi dạng cốt liệu, như: sợi hữu cơ (polyamit,
kevlar (là sợi aramit cơ tính cao), ), sợi khoáng (sợi thủy tinh,
sợi cacbon, ), sợi kim loại (Bo, nhôm, ). Vật liệu composite nền
hữu cơ chỉ chịu được nhiệt độ tối đa là khoảng 200 ÷ 300°C.

Composite nền khoáng chất: bê tông, bê tông cốt thép,
composite nền gốm, composite cacbon - cacbon. Thường loại
nền này kết hợp với cốt dạng: sợi kim loại (Bo, thép, ), hạt kim
loại (chất gốm kim), hạt gốm (gốm cacbua, gốm Nitơ, ).


Composite nền kim loại: nền hợp kim titan, nền hợp kim nhôm,
Thường kết hợp với cốt liệu dạng: sợi kim loại (Bo, ), sợi
khoáng (cacbon, SiC, ). Composit nền kim loại hay nền khoáng
chất có thể chịu nhiệt độ tối đa khoảng 600 ÷ 1.000°C (nền gốm
tới 1.000°C).
.ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VẬT LIỆU COMPOZITE

Nhược điểm:
4.PHÂN LOẠI VẬT LIỆU COMPOZITE

4.1 Vật liệu composite polyme

là loại vật liệu được cấu tạo bởi 2 hay nhiều cấu tử (thành phần).
Trong đó, loại cấu tử thứ nhất là 1 hay nhiều polyme nền thông
thường. Loại cấu tử thứ hai là các chất phụ gia (chất độn) như
vật liệu sợi, bột của các chất vô cơ cơ Còn có thể có thêm 1
thành phần thứ ba là chất liên kết.

4.2 Vật liệu composite cacbon-cacbon

Đây là vật liệu nền cacbon cốt sợi cacbon.

4.3 Vật liệu composite gốm

Thành phần là Đất sét hay đất sình nhiều mùn được xem như
nguyên liệu chủ yếu để làm gạch

4.4 Vật liệu composite kim loại


Đây là vật liệu nền kim loại và sợi kim loại: thép, đồng, nhôm,

4.5 Vật liệu composite tạp lai

Là loại vât liêu được làm từ nhiều loại cốt sợi và vật liệu nền khác
nhau
4.PHÂN LOẠI VẬT LIỆU COMPOZITE

4.7 Theo hình dạng cốt liệu

4.7.1 Vật liệu composite cốt sợi

Sợi là loại vật liệu có một chiều kích thước (gọi là
chiều dài) lớn hơn rất nhiều so với hai chiều kích
thước không gian còn lại. Theo hai chiều kia
chúng phân bố gián đoạn trong vật liệu composite,
còn theo chiều dài thì chúng có thể ở dạng liên tục
hay gián đoạn. Ta thường thấy các loại vật liệu cốt
sợi này gắn liền với từ composite trong tên gọi.
Các sản phẩm composite dân dụng thường là
được chế tạo từ loại vật liệu composite cốt sợi,
trên nền nhựa là chủ yếu.
4.PHÂN LOẠI VẬT LIỆU COMPOZITE

4.7.2 Vật liệu composite cốt hạt

Hạt là loại vật liệu gián đoạn, khác sợi là không có
kích thước ưu tiên. Loại vật liệu composite cốt hạt
phổ biến nhất chính là bê tông, thường lại được gọi
ngắn gọn chỉ là bê tông, nên ta thường thấy cái được

gọi là composite lại là vật liệu composite cốt sợi.

4.7.3 Vật liệu composite cốt hạt và sợi

Ví dụ: ở bê tông cốt thép thì đá nhân tạo tạo thành từ
xi măng là vật liệu nền, các cốt liệu bê tông là cát
vàng và đá dăm thì là cốt hạt, còn cốt thép trong bê
tông là cốt sợi.
5.CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO

5.Công nghệ chế tạo

5.1 Công nghệ khuôn tiếp
xúc

Lát tay

Phun

Lát máy.

5.2 Công nghệ khuôn với
diaphragm đàn hồi

Khuôn chân không

Khuôn chân khônAg -
autoclave

Khuôn ép diaphragm.


5.3 Công nghệ tẩm áp lực

Tẩm áp lực trong điều kiện
thường

Tẩm áp lực trong chân không

5.4 Công nghệ dập trong
khuôn

Dập trực tiếp

Dập đúc

Dập ép nóng

5.5 Công nghệ quấn

Các phương pháp công nghệ

Máy quấn

5.6 Công nghệ pulltrusion
clip