Tin tức

Trong kỷ nguyên vật liệu mới, composite đã trở thành lựa chọn được ưu tiên hàng đầu trong nhiều ngành công nghiệp và xây dựng nhờ những đặc tính vượt trội: nhẹ, bền, chống ăn mòn, linh hoạt và thẩm mỹ cao. Chỉ trong ngành hàng không, composite chiếm tới 60% cấu trúc máy bay hiện đại, minh chứng cho tầm quan trọng không thể thay thế của loại vật liệu này. Vậy công dụng của composite là gì, vì sao nó được ứng dụng rộng rãi từ hàng không đến xây dựng, ô tô, hàng hải hay năng lượng?  Hãy cùng Sơn Hà dự án tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

1. Các công dụng chính của composite

Composite là vật liệu tổ hợp được tạo thành từ hai hoặc nhiều thành phần khác nhau nhưng không tan vào nhau, bao gồm vật liệu nền (matrix) và vật liệu gia cường (reinforcement). Sự kết hợp này giúp composite sở hữu những tính chất vượt trội mà từng thành phần riêng lẻ không có được. Ví dụ, thân cây gỗ là cấu trúc composite tự nhiên. Các sợi cellulose liên kết với lignin tạo nên thân gỗ vừa bền chắc vừa dẻo dai.

Cấu tạo vật liệu composite

1.1. Tăng cường độ bền và độ cứng của vật liệu

Một trong những công dụng của composite nổi bật là khả năng nâng cao độ bền kéo, độ cứng và độ bền chịu uốn so với vật liệu gốc. Bởi lẽ, composite hiện nay thường cấu tạo từ vật liệu nền (Matrix) và các chất gia cường (Reinforcement). Nhờ cấu trúc lớp xen kẽ giữa sợi cường lực (carbon, thủy tinh, aramid…) và ma trận polymer, composite có thể đạt độ bền tương đương thép nhưng khối lượng chỉ bằng ⅓ -½. 

Ví dụ: Trong chiếc Boeing 787, cánh và thân máy bay sử dụng composite CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) thay thế hoàn toàn nhôm. Nhờ composite, máy bay giảm được ~20% trọng lượng, giúp tiết kiệm tới 20% nhiên liệu so với dòng trước đó.

1.2. Kháng ăn mòn và hóa chất

Một trong những ưu điểm lớn nhất của composite là khả năng chống ăn mòn vượt trội. Khác với kim loại như sắt hoặc thép carbon dễ bị oxy hóa hoặc gỉ sét khi tiếp xúc lâu dài với môi trường ẩm ướt hoặc hóa chất, composite giữ được tính chất ổn định nhờ thành phần polymer có tính trơ hóa học cao. Loại vật liệu này không bị phá huỷ khi tiếp xúc với axit mạnh, kiềm, muối biển hay các dung môi công nghiệp, vì thế cực kỳ phù hợp cho các công trình yêu cầu độ bền hóa học cao.

Trong môi trường công nghiệp, composite thường được dùng để chế tạo bể chứa hóa chất, ống dẫn công nghiệp, máng xối và các chi tiết máy khác. Ngoài ra, trong ngành y tế và xử lý nước thải, khả năng kháng hóa chất này giúp composite đảm bảo tiêu chuẩn an toàn vệ sinh, không phát sinh phản ứng phụ với các chất tẩy rửa hoặc khử trùng mạnh.

1.3. Cách nhiệt và cách điện tốt

Composite còn nổi bật với khả năng cách nhiệt và cách điện vượt trội nhờ thành phần ma trận polymer vốn đã là chất điện môi tốt. Khi được kết hợp với sợi thủy tinh hoặc sợi gốm, composite còn nâng cao khả năng chịu nhiệt, giúp chống truyền nhiệt hiệu quả hơn so với các vật liệu kim loại thông thường.

Cách nhiệt, cách điện là 2 công dụng nổi bật của composite

Tính chất này khiến composite trở thành lựa chọn lý tưởng trong các ứng dụng đòi hỏi an toàn cao như thiết bị điện, tủ điện, bảng mạch in (PCB) hay các bộ phận trong hệ thống truyền tải năng lượng. Ngoài ra, composite còn được sử dụng làm tấm cách nhiệt trong các công trình xây dựng nhằm hạn chế truyền nhiệt giữa môi trường trong và ngoài nhà, từ đó giúp tiết kiệm năng lượng điều hòa và giảm nguy cơ chập cháy điện. Đây là yếu tố then chốt giúp composite ngày càng được ứng dụng trong các công trình xanh và công trình dân dụng hiện đại.

1.4. Mang lại tính thẩm mỹ cao cho vật liệu

Không chỉ dừng lại ở tính năng kỹ thuật, composite còn mang lại giá trị thẩm mỹ cao. Nhờ khả năng tạo hình linh hoạt và bề mặt dễ xử lý, composite có thể được thiết kế với nhiều màu sắc, hoa văn và hiệu ứng khác nhau như vân gỗ, vân đá, hoặc ánh kim loại. Điều này đặc biệt hữu ích trong các sản phẩm nội thất, ngoại thất, thiết bị trang trí hoặc sản phẩm tiêu dùng cao cấp.

Với khả năng đúc trong khuôn và hoàn thiện bề mặt nhanh chóng, composite không chỉ rút ngắn thời gian sản xuất mà còn giúp giảm chi phí làm mẫu, thử nghiệm và thi công. Các ứng dụng tiêu biểu bao gồm taplo ô tô, vỏ thuyền, thiết bị gia dụng cao cấp, bảng hiệu quảng cáo, và cả các chi tiết kiến trúc nghệ thuật trong không gian nhà ở, trung tâm thương mại hoặc khách sạn cao cấp.

2. Ứng dụng của composite trong các ngành công nghiệp  

Vật liệu composite ngày càng thịnh hành trong nhiều ngành công nghiệp nhờ khả năng tùy biến cao và hiệu suất ấn tượng. Dưới đây là những ứng dụng điển hình thể hiện rõ công dụng của composite:

2.1. Ngành hàng không vũ trụ

Ngành hàng không vũ trụ là ví dụ điển hình nhất cho sức mạnh của vật liệu composite. Với đặc tính trọng lượng nhẹ nhưng chịu tải lớn, composite giúp giảm trọng lượng máy bay, từ đó tiết kiệm nhiên liệu và tăng hiệu năng bay. Thậm chí hiện nay có đến 60% thành phần máy bay và thiết bị hàng không được làm từ composite như cánh, thân máy bay, buồng lái, khung thiết bị vệ tinh… Ví dụ, dòng máy bay Boeing 787 Dreamliner sử dụng sợi carbon composite chiếm gần một nửa thân máy bay, giúp tiết kiệm nhiên liệu tới 20% so với vật liệu truyền thống.

Bên cạnh đó, composite còn được dùng trong chế tạo các bộ phận tên lửa, vệ tinh và tàu không gian nhờ khả năng chịu nhiệt và áp lực tốt. 

Vật liệu composite được ứng dụng để chế tạo cánh máy bay

2.2. Ngành kiến trúc

Đối với ngành xây dựng và kiến trúc, composite mở rộng đáng kể phạm vi thiết kế và tối ưu công trình. Vật liệu composite có thể được ứng dụng làm bê tông cốt sợi (FRP rebar) thay thế cho bê-tông chịu lực. Loại cốt sợi thủy tinh phi kim này có ưu điểm không bị gỉ sét, chịu ăn mòn trong môi trường kiềm và nước biển tốt hơn thép, đồng thời cường độ có thể tương đương hoặc cao hơn thép. Ở Việt Nam, nhiều dự án ven biển và công trình hạ tầng ngầm đã bắt đầu sử dụng cốt composite trong vài năm gần đây để giảm nguy cơ ăn mòn cốt thép, tăng tuổi thọ công trình.

Trong kiến trúc, composite cũng cho phép tạo nên các hình dáng và hoa văn đa dạng. Nhiều thiết kế hiện đại sử dụng tấm FRP bọc mặt tiền, ốp tường, trần giả trang trí… nhờ tính nhẹ và dễ tạo hình. Bên cạnh đó, hạ tầng kỹ thuật như ống dẫn hoá chất, bể chứa nước thải, bể hóa chất cũng thường dùng composite (FRP) để chống ăn mòn hóa chất. Trên khắp các tuyến đường và tòa nhà, chúng ta cũng dễ dàng bắt gặp các sản phẩm composite như nắp hố ga FRP, song chắn rác FRP, máng cáp FRP nhờ khả năng chịu tải cao và chống oxy hoá. 

2.3. Ngành chế tạo ô tô và giao thông vận tải

Vật liệu composite cũng đang “lên ngôi” trong ngành ô tô để chế tạo vỏ xe, khung xe, mũi xe và nhiều bộ phận khác. Nhờ trọng lượng nhẹ, xe sử dụng vật liệu composite sẽ giảm tải trọng, từ đó tiết kiệm nhiên liệu và tăng công suất so với xe dùng kim loại truyền thống. Ví dụ, một số mẫu ô tô thể thao và siêu xe dùng khung và cánh bằng sợi carbon (carbon fiber) để đạt tỷ lệ trọng lượng/công suất tốt nhất. Trong thực tế, việc thay thế các chi tiết như cánh cửa, nắp capo, hay vỏ xe bằng composite cũng giảm giá thành bảo dưỡng.

Ngoài ra, composite còn được ứng dụng trong các phương tiện giao thông khác như vỏ tàu thuyền, xuồng cao tốc, ca nô,…giúp tăng khả năng chống ăn mòn nước biển. Trên đường sắt, vật liệu composite cũng được dùng để chế tạo máng điện, nắp hố ga, song chắn rác… nhờ khả năng chịu ăn mòn và độ bền cao. Ví dụ, nhiều nhà máy sử dụng nắp hố ga composite thay thế cho nắp gang truyền thống, tạo ra công trình nhẹ hơn, không lo gỉ sét và chi phí bảo trì thấp.

2.4. Ngành công nghiệp hàng hải và các lĩnh vực khác

Composite được ứng dụng rất nhiều trong ngành đóng tàu và hàng hải. Do có trọng lượng nhẹ và chịu được ăn mòn muối biển, phần lớn vỏ tàu, thân thuyền, mũi tàu, khung canô ngày nay được làm từ composite. Sản phẩm từ composite vừa bền, vừa nhẹ nên tàu chạy nhanh và tiết kiệm nhiên liệu hơn. Các bộ phận nội thất trên du thuyền hay thuyền cao tốc cũng dùng composite để chống ẩm và mối mọt, tăng tuổi thọ.

Trong ngành năng lượng tái tạo, composite cũng đóng vai trò quan trọng. Cánh tua-bin gió thường được làm từ sợi thủy tinh hoặc carbon composite vì phải chịu sức căng lớn, độ bền cao mà không quá nặng. Các giá đỡ, trụ đỡ cho năng lượng mặt trời hoặc cho trạm thu phát cũng sử dụng composite để chống ăn mòn và cách điện. Các ứng dụng khác như vật liệu đóng bao bì (chai lọ, vỏ bình…), trang trí nội thất (đồ trang trí composite giả gỗ/đá) cũng ngày càng phổ biến.

Có thể thấy, công dụng của composite rất đa dạng trong nhiều lĩnh vực: từ hàng không, giao thông, xây dựng đến đóng tàu, năng lượng và cả sản phẩm dân dụng cao cấp. Mỗi ứng dụng đều khai thác các đặc tính nổi bật của composite như nhẹ – bền – chống ăn mòn.

Khả năng chống ăn mòn tốt, vật liệu composite thường được sử dụng chế tạo tàu, thuyền

3. Xu hướng phát triển và ứng dụng của Composite trong tương lai

Trong bối cảnh nhu cầu về vật liệu bền vững và hiệu suất cao ngày càng tăng, vật liệu composite thế hệ mới cũng đang được phát triển. Một xu hướng nổi bật là vật liệu composite sinh học (bio composite). Loại composite này dùng sợi gia cố từ các nguồn thiên nhiên (như xơ tre, cây gai dầu, gỗ tái chế) kết hợp với ma trận polymer sinh học hoặc có thể tái chế. Composite sinh học vừa giảm thiểu phụ thuộc vào dầu mỏ vừa có khả năng phân hủy sinh học. Trên thế giới, vật liệu composite sinh học đã được áp dụng trong ngành ô tô, xây dựng, hàng không và cả bao bì nhờ nhẹ và an toàn với sức khỏe. Thị trường composite sinh học đang phát triển nhanh, dự kiến tăng trưởng đến 19,2% mỗi năm đến 2030. Ngoài ra, công nghệ sản xuất composite cũng ngày càng tiên tiến. Phương pháp in 3D composite cho phép chế tạo nhanh các chi tiết phức tạp với thiết kế tối ưu. 

Vật liệu composite sinh học từ cà phê

Tại Việt Nam và toàn cầu, vật liệu composite vẫn tiếp tục tạo ra “cú hích” cho các dự án kỹ thuật – xây dựng nhờ tính đa năng và thân thiện hơn với môi trường. Các viện nghiên cứu và doanh nghiệp lớn đã quan tâm đưa composite vào tiêu chuẩn kỹ thuật (ví dụ tiêu chuẩn FRP rebar cho bê-tông). Triển vọng đến năm 2025 trở đi cho thấy composite sẽ ngày càng phổ biến ở cả công trình dân dụng lẫn công nghiệp, đáp ứng yêu cầu phát triển bền vững.

Có thể thấy, công dụng của composite không chỉ dừng lại ở việc thay thế vật liệu truyền thống mà còn mở ra hướng phát triển vật liệu thông minh – nhẹ hơn, bền hơn, linh hoạt hơn và thân thiện hơn với môi trường. Từ hàng không, kiến trúc, ô tô, cho đến hàng hải và năng lượng tái tạo, composite đang âm thầm góp phần thay đổi diện mạo của nhiều ngành công nghiệp hiện đại. Đầu tư vào nghiên cứu và sử dụng composite không chỉ giúp tối ưu chi phí mà còn là giải pháp bền vững cho các công trình và sản phẩm công nghệ cao.

Thông tin liên hệ:

Điện thoại: 024 62 65 65 66

Email: cskh.duan@sonha.com.vn  

Lô CN1, Cụm Công nghiệp Từ Liêm, P.Minh Khai, Q.Bắc Từ Liêm, TP Hà Nội, VN