Nhựa composite là một trong những loại chất liệu nhựa đang ngày càng phổ biến hiện nay. Vậy nhựa Composite là gì mà lại được nhiều người ưa chuộng như vậy? Ở bài viết này, Việt Phát Composite sẽ gửi đến bạn thông tin cơ bản về nhựa Composite cũng như ứng dụng của vật liệu này trong đời sống thường ngày.
Nhựa composite là gì
Nhựa composite là một vật liệu tổng hợp được tạo thành từ hai hoặc nhiều thành phần khác nhau, trong đó một phần là nhựa polymer và phần còn lại là vật liệu gia cường như sợi thủy tinh, sợi carbon, flax, hemp,…
Vật liệu này kết hợp các đặc tính ưu việt của cả nhựa và sợi gia cường, tạo ra một sản phẩm có độ bền cao, trọng lượng nhẹ và khả năng chống ăn mòn vượt trội. Nhựa composite, hay còn gọi là nhựa composite FRP (Fiber Reinforced Plastic) được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm xây dựng, ô tô, hàng không, và sản xuất nội thất.
Thành phần chính của nhựa composite FRP
Nhựa composite được cấu thành từ từ hai thành phần chính: vật liệu nền và vật liệu gia cường.
Vật liệu nền (Pha liên tục)
Vật liệu nền hay còn gọi là pha liên tục là phần tạo nên cấu trúc của nhựa composite. Thông thường, vật liệu nền là nhựa polymer như nhựa polyester, nhựa epoxy hoặc nhựa vinylester. Vật liệu nền có thể dễ dàng định hình và gia công, giúp sản xuất các sản phẩm với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau.
Vai trò của pha liên tục là kết dính các thành phần khác nhau của composite lại với nhau, tạo thành một khối vật liệu vững chắc và có tính đồng nhất. Ngoài ra, vật liệu nền còn có khả năng bảo vệ sợi gia cường khỏi các tác động của môi trường và tăng cường tính linh hoạt cho nhựa composite.
Pha gián đoạn
Pha gián đoạn hay pha chất độn trong nhựa composite là phần vật liệu gia cường. Thường là các chất liệu như sợi thủy tinh, sợi aramid. Các sợi này được phân bố không liên tục trong vật liệu nền, tạo ra một mạng lưới có cấu trúc đặc biệt, giúp gia tăng các tính chất cơ học của nhựa composite.
Nhiệm vụ chính của pha gián đoạn là tăng cường độ bền kéo, độ cứng và khả năng chịu lực cho nhựa composite. Sự phân bố của các sợi gia cường trong pha gián đoạn cũng ảnh hưởng đến khả năng chịu mài mòn, chống va đập và khả năng chống lại các yếu tố môi trường khắc nghiệt.
Đây là yếu tố quan trọng giúp nhựa composite trở thành một vật liệu lý tưởng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao như trong ngành xây dựng, chế tạo ô tô, hàng không, và các sản phẩm nội thất.
Cấu tạo nhựa composite với 2 pha
Trong cấu tạo nhựa cốt sợi thủy tinh FRP thì nhựa sẽ đóng vai trò chính là liên kết, sợi thủy tinh đóng vai trò là các loại vật liệu gia cường. Vì vậy, nhựa FRP có tính năng cơ lý cao hơn bất kỳ một loại nhựa nào không có cốt liệu sợi thủy tinh (như PVC, PP, PE, ABS,…). Chính vì khả năng vượt trội về cơ lý tính nên nhựa composite đã được áp dụng cực kỳ rộng rãi trong mọi ngành công nghiệp và dân dụng.
Ưu điểm của nhựa composite
Dưới đây là một vài ưu điểm nổi bật của nhựa composite sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về loại vật liệu này.
- Độ bền cơ học cao: Nhựa composite có độ bền cơ học cao, đặc biệt là khi được gia cường bằng sợi thủy tinh, carbon hoặc các vật liệu khác. Với khả năng chịu được các lực tác động mạnh, nhựa composite không chỉ bền bỉ trong các điều kiện khắc nghiệt mà còn có khả năng chống lại sự hao mòn theo thời gian.
- Không phản ứng với các hóa chất ăn mòn: Một trong những đặc tính nổi bật của nhựa composite là khả năng chống lại sự ăn mòn từ các hóa chất. Chúng hầu như không bị ảnh hưởng bởi các axit, kiềm hay muối rất phù hợp trong các ứng dụng như nhà máy hóa chất, ngành công nghiệp thực phẩm, hoặc các ứng dụng ngoài trời trong điều kiện ẩm ướt và độ mặn cao.
- Trọng lượng nhẹ: Về bản chất thì nhựa composite được tạo thành từ các polymer cùng với một vài chất khác như sợi thủy tinh, sợi cacbon,… nên chúng có trọng lượng rất nhẹ. Nhẹ hơn nhiều so với các vật liệu như thép, nhôm hay bê tông.
Nhược điểm của nhựa composite
- Chi phí sản xuất cao: So với các vật liệu truyền thống như thép hoặc nhôm, nhựa composite đòi hỏi chi phí sản xuất cao hơn, đặc biệt khi sử dụng nguyên liệu cao cấp như carbon fiber hoặc áp dụng công nghệ tiên tiến.
- Dễ bị hư hỏng dưới tác động lớn: Mặc dù có độ bền cao, nhưng nhựa composite vẫn có thể bị tổn thương khi chịu lực tác động đột ngột vượt quá giới hạn thiết kế, đòi hỏi quy trình sản xuất phải tuân thủ nghiêm ngặt.
- Khó khăn trong quá trình tái chế: Tái chế nhựa composite không đơn giản, yêu cầu các thiết bị và công nghệ chuyên dụng, từ đó làm tăng chi phí xử lý và gây khó khăn cho các doanh nghiệp nhỏ.
- Thời gian sản xuất lâu: Quy trình sản xuất nhựa composite thường phức tạp và mất nhiều thời gian hơn so với các vật liệu truyền thống, điều này có thể làm chậm trễ tiến độ sản xuất hàng loạt,
Với những ưu và nhược điểm nêu trên, nhựa composite vẫn là một vật liệu có tiềm năng lớn trong tương lai, đặc biệt khi công nghệ sản xuất và tái chế tiếp tục được cải tiến.
Phương pháp sản xuất nhựa composite
Với sự phát triển không ngừng, công nghệ chế tạo vật liệu composite cực kỳ phong phú và đa dạng. Tùy thuộc vào tính chất của từng sản phẩm mà nhà sản xuất có thể thay đổi cho phù hợp.
Phương pháp gia công ở điều kiện áp suất thường
Phương pháp gia công bằng tay (hand lay up)
Sử dụng cọ hay con lăn quét nhựa lên trên bề mặt khuôn đã được chống dính, đặt sợi lên rồi sau đó quét nhựa. Tiếp theo dùng con lăn đuổi bọt khí và nén thật chặt liên tục như vậy cho đến khi đạt bề dày đúng theo yêu cầu của khách hàng.
Phương pháp dùng tay quét nhựa thủ công
Phương pháp cuộn sợi (filament winding)
Cốt sợi sẽ được kéo qua bể chứa nhựa cho thấm nhựa trước rồi được cuộn phủ lên bề mặt khuôn. Phương pháp này thực chất dùng để sản xuất các loại ống và thùng chứa…
Có 2 phương pháp cuộn chính: cuộn khô và cuộn ướt.
- Cuộn khô là thao tác quấn lên trục khuôn bán thành phẩm
- Cuộn ướt là quá trình tẩm nhựa lên sợi được diễn ra song song với quá trình quấn lên khuôn.
Phương pháp ly tâm
Xếp sợi đã tẩm vào các khuôn tròn sau đó quay để dùng lực ly tâm ép thật chặt các lớp và đẩy bọt khí. Lực ly tâm sẽ giúp bạn định hình sản phẩm.
Phương pháp gia công dưới áp suất
Phương pháp đúc ép nóng (hot moulding)
Nhựa cốt được phân bố đều đặn trên mặt khuôn đúc dưới áp suất và nhiệt độ cao. Sản phẩm sẽ được định hình theo ba chiều và được định hình sau khi làm nguội.
Phương pháp đúc ép nguội (cold press moulding)
Đây là phương pháp tương tự như đúc ép nóng nhưng ở mức nhiệt độ thường.
Phương pháp ép phun (injecting moulding)
- Nhựa nhiệt dẻo giúp tạo hạt compound nhựa và sợi cắt hoặc nghiền, sau đó đưa vào máy ép phun để tạo ra sản phẩm.
- Nhựa nhiệt rắn là sợi ngắn được định hình trước nếu cần, được đặt vào khuôn, sau đó được đóng lại, kẹp chặt và nhựa được phun vào từ đầu trộn với độ khuấy cao.
Phương pháp ép phun hiệu quả
Phương pháp đùn kéo
Phương pháp này là phương pháp gia công liên tục nhằm sản xuất ra loại composite ở dạng profile với bất cứ độ dài nào yêu cầu. Sợi tẩm sẵn sẽ được kéo qua một lỗ với hình dạng theo chiều cắt ngang bề mặt của sản phẩm.
Phương pháp đúc chân không
Thiết bị đúc chân không sẽ ở dạng túi và khuôn làm từ vật liệu cứng. Trước tiên hãy tạo lớp lót, sau đó đặt cốt và cấp nhựa. Bơm chân không làm việc, áp suất sẽ giảm và làm cho nhựa rải đều và đẩy bọt khí ra ngoài.
Nhựa composite với nhiều ưu điểm áp dụng trong ngành công nghiệp
So sánh nhựa composite với vật liệu truyền thống
Nhựa composite là một vật liệu được cấu tạo từ sự kết hợp giữa hai hoặc nhiều thành phần, mang lại nhiều tính năng vượt trội so với các vật liệu truyền thống. Dưới đây là sự so sánh giữa nhựa composite và các vật liệu truyền thống như kim loại, gỗ, bê tông:
| Tiêu chí | Nhựa composite | Kim loại | Gỗ | Bê tông |
| Trọng lượng | Nhẹ, dễ vận chuyển | Nặng (đặc biệt là thép và sắt) | Nhẹ (tùy loại gỗ) | Nặng, cứng |
| Độ bền và khả năng chịu lực | Bền, chịu lực tốt, chống va đập hiệu quả vá khó bị mài mòn | Độ bền kéo cao nhưng dễ bị ăn mòn, cần bảo dưỡng | Độ bền vừa phải, dễ mục nát và bị ảnh hưởng bởi môi trường | Chịu lực tốt nhưng dễ nứt, không chịu lực uốn tốt |
| Khả năng chống ăn mòn | Chống ăn mòn tốt, đặc biệt với hóa chất và nước biển | Dễ bị gỉ sét khi tiếp xúc với nước và không khí | Dễ bị mối mọt và thối trong môi trường ẩm | Chịu tác động từ hóa chất, axit kém |
| Chi phí | Chi phí sản xuất cao nhưng bảo dưỡng thấp | Chi phí sản xuất thấp nhưng bảo dưỡng cao | Chi phí thấp, dễ dàng tìm kiếm | Chi phí sản xuất thấp nhưng cần bảo trì thường xuyên |
| Khả năng chế tạo và linh hoạt thiết kế | Dễ dàng tạo hình, sản xuất các hình dạng phức tạp | Cần công nghệ chế tạo phức tạp để tạo hình | Tính linh hoạt cao nhưng có thể co ngót hoặc cong vênh | Đôi khi hạn chế về hình dạng, cần khuôn đúc |
| Tính bền vững | Có thể tái chế nhưng đôi khi khó xử lý | Kim loại có thể tái chế nhưng tốn năng lượng | Gỗ dễ tái chế, tự nhiên | Có thể tái chế nhưng quy trình xử lý phức tạp |
Bảng trên giúp bạn so sánh rõ ràng các yếu tố quan trọng khi lựa chọn giữa nhựa composite và vật liệu truyền thống trong các ứng dụng cụ thể.
Ứng dụng của vật liệu nhựa composite
Vì nhựa composite có đa dạng các tính năng vượt trội nên được tận dụng khá nhiều trong các ngành nghề, đặc biệt là các ngành nghề công nghệ và sản xuất, chúng được sử dụng trong sản xuất các vật dụng như:
Dùng để chế tạo bồn, bể
Nhựa composite là lựa chọn hàng đầu trong sản xuất bồn chứa hóa chất, bể biogas, bể xử lý nước thải,.. Nhờ vào tính kháng hóa chất cao, vật liệu này có thể chịu được môi trường axit, kiềm, dung môi mà không bị ăn mòn như kim loại hay bê tông. Ngoài ra, bồn composite có trọng lượng nhẹ hơn so với bồn inox hay bồn thép, giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển và lắp đặt. Đặc biệt, nhựa composite gia cường bằng sợi thủy tinh (FRP) còn giúp tăng cường độ bền và tuổi thọ cho các bể chứa trong điều kiện khắc nghiệt.
Sử dụng nhựa composite để bọc phủ chống thấm
Một trong những ứng dụng quan trọng của nhựa composite là bọc phủ chống thấm cho công trình nhà xưởng, bể chứa hóa chất,… Với ưu điểm không thấm nước, tuổi thọ sử dụng lên đến 20 năm, việc phủ nhựa composite giúp bảo vệ công trình khỏi tác nhân bên ngoài từ đó nâng cao độ bền và tuổi thọ cho công trình. Hiện nay, phương pháp bọc phủ composite được xem là một trong những cách hiệu quả nhất để giảm chi phí bảo dưỡng ở hầm chứa hóa chất, bể bơi, nhà xưởng hay mái nhà.
Chế tạo, sản xuất thuyền
Ngoài những ứng dụng trên nhựa composite cũng được sử dụng rất nhiều để chế tạo thân tàu, cano, du thuyền và thuyền đánh cá. So với các loại thuyền làm từ gỗ thông thường, nhựa composite giúp giảm trọng lượng của thuyền và tăng khả năng chịu lực. Nhờ vào đặc tính không bị ăn mòn khi tiếp xúc lâu dưới biển, thuyền làm từ nhựa composite cũng an toàn hơn khi hoạt động trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
Dùng trong ngành hàng không, vũ trụ
Dành cho ai chưa biết thì ban đầu nhựa composite được sản xuất để phục vụ cho ngành hàng không vũ trụ. Chúng được dùng để các bộ phận của máy bay như cánh, thân vỏ, cánh quạt và nội thất đều được làm từ vật liệu composite để giảm khối lượng tổng thể, từ đó tăng hiệu suất nhiên liệu và giảm khí thải. Trong ngành vũ trụ, nhựa composite được sử dụng để chế tạo vỏ bảo vệ của vệ tinh, tàu vũ trụ và các thiết bị bay không người lái, giúp tăng khả năng chịu nhiệt và bảo vệ khỏi bức xạ vũ trụ. Với sự phát triển của công nghệ, việc ứng dụng sợi carbon trong nhựa composite đang ngày càng phổ biến để tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của các thiết bị hàng không vũ trụ.
Cách chọn nhựa composite sao cho phù hợp yêu cầu
Khi lựa chọn nhựa composite cho một dự án cụ thể, có nhiều yếu tố cần phải cân nhắc để đảm bảo vật liệu này phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và môi trường sử dụng. Việc lựa chọn nhựa composite không chỉ dựa vào tính năng cơ học mà còn phải chú ý đến các yếu tố như chi phí, khả năng tái chế, và ứng dụng cụ thể của vật liệu.
Xác định môi trường sử dụng
Môi trường mà vật liệu sẽ tiếp xúc có ảnh hưởng rất lớn đến việc chọn loại nhựa composite nào. Nếu sản phẩm sẽ được sử dụng ngoài trời, bạn cần lựa chọn những loại composite có khả năng chống tia UV, chịu được nhiệt độ cao và có tính năng chống mài mòn tốt.
Ví dụ, gỗ nhựa composite (WPC) rất phù hợp với các ứng dụng ngoài trời như sàn gỗ ngoài trời hoặc lan can, nhờ khả năng kháng UV và độ bền cao.
Xác định các yêu cầu kỹ thuật
Nhựa composite có thể được pha trộn với nhiều loại vật liệu khác nhau như carbon fiber, sợi thủy tinh, hay polymer để tăng cường các đặc tính như độ cứng, tính linh hoạt, hoặc khả năng chịu lực. Việc hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm sẽ giúp bạn lựa chọn được loại composite phù hợp.
Chẳng hạn, nếu bạn cần một sản phẩm có khả năng chịu lực cao trong ngành ô tô, composite sợi carbon là sự lựa chọn tối ưu.
Chi phí và hiệu quả kinh tế
Mặc dù nhựa composite có nhiều ưu điểm về tính bền và khả năng tái chế, nhưng giá thành sản xuất của nó có thể cao hơn so với các vật liệu truyền thống như thép hoặc nhôm. Vì vậy, bạn cần cân nhắc đến ngân sách và mức độ quan trọng của tính năng composite trong sản phẩm cuối cùng. Những sản phẩm sử dụng composite sợi thủy tinh hoặc composite gỗ nhựa thường có chi phí hợp lý hơn so với carbon fiber.
Khả năng tái chế và thân thiện với môi trường
Hiện nay, nhựa composite đang dần được sản xuất với mục tiêu bảo vệ môi trường và góp phần vào nền kinh tế tuần hoàn. Tuy nhiên, không phải tất cả các loại nhựa composite đều có thể tái chế một cách dễ dàng. Vì vậy, nếu bạn ưu tiên yếu tố môi trường, hãy chọn những loại nhựa composite có khả năng tái chế cao và phù hợp với tiêu chuẩn bảo vệ môi trường.
Đánh giá trước khi sử dụng
Cuối cùng, trước khi quyết định sử dụng nhựa composite trong sản xuất hàng loạt, vđánh giá sản phẩm trong điều kiện thực tế là rất quan trọng. Điều này giúp xác định được khả năng chịu tải, độ bền và các đặc tính khác của vật liệu trong các tình huống cụ thể. Những thử nghiệm này sẽ giúp giảm thiểu rủi ro và đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Mọi chi tiết xin liên hệ:
CÔNG TY TNHH COMPOSITE VIỆT PHÁT
Địa chỉ: Số 10 Ngõ 53/59/50 Ngọa Long, P. Minh Khai, Bắc Từ Liêm, Hà Nội
Địa chỉ: Số 10 Ngõ 53/59/50 Ngọa Long, P. Minh Khai, Bắc Từ Liêm, Hà Nội
ĐT: 0969 883 186
Email: cuong.vietphat1@gmail.com
Fanpage: https://www.facebook.com/CompositeVietPhat
Youtube: https://www.youtube.com/channel/UCwxc2ob57xZRmbCnn40Li4g
