Lịch sử của vật liệu composite
07
05 - 2020

Vật liệu composite đã đóng một vai trò quan trọng trong suốt lịch sử loài người, từ các nền văn minh đầu tiên cho đến những đổi mới trong tương lai. Bất kể trong khoảng thời gian nào, vật liệu composite cũng đem lại những điều tốt đẹp cho thế giới.

Thời cổ đại

 

Một trong những ứng dụng đầu tiên của vật liệu composite là của người Mesopotami cổ đại vào khoảng năm 3400 trước Công nguyên, khi họ dán các dải gỗ ở các góc khác nhau để tạo ra gỗ dán. Khái niệm xây dựng composite đã có từ thời cổ đại. Các nền văn minh trên khắp thế giới đã sử dụng các yếu tố của môi trường xung quanh trong việc chế tạo nhà ở bao gồm bùn, rơm, gỗ, đất sét. Những viên gạch đã được làm từ bùn và rơm.

 

Vào thế kỷ 12 sau Công nguyên, các chiến binh Mông Cổ đã sử dụng vật liệu composite (tre, lụa, gân gia súc, sừng và nhựa thông) để chế tạo cung tên bắn cung nhanh và mạnh hơn so với các đối thủ của họ. Một bảo tàng đã thử nghiệm một số cung tên còn sót lại, đến nay đã hơn 900 năm và thấy rằng những chiếc cung cũ mạnh gần bằng những chiếc cung hiện đại và có thể bắn trúng mục tiêu ở khoảng cách xa tới 850 mét (chiều dài của gần năm sân bóng đá).

 

Nhựa polymer

 

Các loại nhựa tổng hợp (nhân tạo) đầu tiên có thể chuyển đổi từ dạng lỏng sang dạng rắn (sử dụng quy trình hóa học gọi là trùng hợp) được phát triển từ năm 1870 đến 1890. Các loại nhựa polymer này được chuyển từ trạng thái lỏng đến trạng thái rắn bằng cách liên kết ngang các phân tử.

 

Những năm 1930 đã báo trước một kỷ nguyên mới cho các loại nhựa, và cuối cùng là toàn bộ ngành công nghiệp vật liệu composite. Nhựa polyester không bão hòa được Carleton Ellis cấp bằng sáng chế vào năm 1936. Vào cuối những năm 1930, các loại nhựa hiệu suất cao khác đã được đưa vào sử dụng, bao gồm cả nhựa epoxy.

 

Thời đại mới

 

Nhà hóa học người Mỹ gốc Bỉ Leo Hendrik Baekeland đã mở ra kỷ nguyên hiện đại của vật liệu composite vào năm 1907 với việc tạo ra Bakelite, một trong những loại nhựa tổng hợp đầu tiên. Nhựa rất giòn, nhưng Baekeland thấy rằng ông có thể làm mềm và gia cường nó bằng cách kết hợp nó với cellulose. Công dụng đầu tiên của Bakelite là chế tạo cần số vào năm 1917 cho ô tô Rolls Royce. Các loại nhựa mới và tốt hơn được sản xuất trong những năm 1920 và 1930. Đầu những năm 1930, hai công ty hóa chất của Mỹ là Cyanamid và DuPont đã phát triển thêm các loại nhựa polymer. Trong quá trình thử nghiệm, cả hai công ty lần đầu tiên tạo ra nhựa polyester độc lập.

 

Vào cuối những năm 1930, Công ty Kính Owens-Illinois đã phát triển một quy trình tạo thủy tinh thành sợi mỏng và dệt thành vải. Những sợi thủy tinh mới này, kết hợp với nhựa tổng hợp (polyester), tạo ra vật liệu composite mạnh và nhẹ. Vào năm 1942, kỹ sư Ray Greene ở Toledo, Ohio (người từng làm việc cho Công ty Kính Owens-Illinois) đã tạo ra một chiếc xuồng từ sợi thủy tinh và nhựa polyester. 

 

Một ngành công nghiệp đang phát triển

 

Ngành công nghiệp vật liệu composite non trẻ phát triển hơn nữa trong Thế chiến II khi quân đội tìm kiếm vật liệu để cắt giảm trọng lượng của máy bay và tàu thuyền, đồng thời tăng sức mạnh, độ bền và khả năng chống chịu với điều kiện thời tiết và tác động ăn mòn của không khí và nước muối. Đến năm 1945, hơn ba triệu kí sợi thủy tinh đã được sử dụng, chủ yếu cho các ứng dụng quân sự. Chẳng bao lâu sau, những lợi ích của vật liệu composite FRP, đặc biệt là khả năng chống ăn mòn của nó đã được quần chúng biết đến. Ví dụ, ống sợi thủy tinh được biết đến lần đầu tiên vào năm 1948, đã được sử dụng rộng rãi nhất trong thị trường ăn mòn, ngành công nghiệp dầu mỏ.

 

Vật liệu composite tiếp tục cất cánh sau chiến tranh và phát triển nhanh chóng trong những năm 1950: Thuyền, xe tải, xe thể thao, bể chứa, ống dẫn và nhiều sản phẩm khác được chế tạo bằng vật liệu composite. 

 

Sử dụng rộng rãi

 

Mặc dù sợi carbon đầu tiên được cấp bằng sáng chế vào năm 1961, nhưng phải mất thêm vài năm nữa, vật liệu composite sợi carbon mới xuất hiện trên thị trường. Việc sử dụng sợi carbon giúp thúc đẩy nhiều ứng dụng trong một số ngành công nghiệp, bao gồm hàng không vũ trụ, ô tô, hàng hải và hàng tiêu dùng. 1966, Stephanie Kwolek, một nhà hóa học, đã phát minh ra Kevlar, một loại sợi para-aramid đủ mạnh để sử dụng trong các vật liệu composite tiên tiến; Kevlar được biết đến với việc sử dụng nó trong áo giáp chống đạn. Sự phát triển của những tạo nhựa mới đã làm tăng nhu cầu về vật liệu composite, đặc biệt là sử dụng trong phạm vi nhiệt độ cao và các ứng dụng ăn mòn. Trong những năm 1970, thị trường ô tô đã vượt hàng hải với vị trí thị trường vật liệu composite số một và nó vẫn giữ vị trí đó cho đến ngày nay.

 

Vào cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980, vật liệu composite lần đầu tiên được sử dụng trong một số ứng dụng cơ sở hạ tầng ở châu Âu và châu Á.

 

Thời hiện đại

 

Nhiều nhà thiết kế và kỹ sư công nghiệp đã sử dụng vật liệu composite cho các thành phần khác nhau trong các ngành công nghiệp như sản xuất, xây dựng và vận chuyển. Vật liệu composite FRP được sử dụng trong hàng ngàn công trình trên khắp thế giới để tăng cường hoặc nâng cấp địa chấn các kết cấu bê tông hoặc bê tông cốt thép ở các tòa nhà và nhà để xe. Đầu những năm 2000, công nghệ nano bắt đầu được sử dụng trong các sản phẩm thương mại. Vật liệu composite đóng vai trò quan trọng trong ống nano carbon, ống nano carbon số lượng lớn có thể được sử dụng làm sợi composite trong polyme để cải thiện cơ học, nhiệt và tính chất điện của các sản phẩm. 

 

Sự tăng trưởng của in 3-D trong những năm 2010 đã đưa sản xuất vào nhà và các doanh nghiệp nhỏ, cho phép người dùng mang những thiết kế trên máy tính đưa ra ngoài thực tế với chương trình CAD. Các công ty vật liệu composite đang nhảy vào lĩnh vực in 3-D với sợi gia cường. Các sợi carbon hoặc sợi thủy tinh không liên tục được sử dụng thường xuyên để gia cố nhựa trong các quy trình in 3-D trên mọi lĩnh vực thị trường, bao gồm ô tô, hàng không vũ trụ, dụng cụ, y học và cơ sở hạ tầng.

Đối tác

Đăng ký nhận tin

<script async src="https://www.googletagmanager.com/gtag/js?id=UA-65964485-13"></script> <script> window.dataLayer = window.dataLayer || []; function gtag(){dataLayer.push(arguments);} gtag('js', new Date()); gtag('config', 'UA-65964485-13'); </script> <meta name="p:domain_verify" content="c29e786d8dfcef1eeba3c802855d6918"/>