Vật liệu phi kim loại có nhiều tính chất nổi bật như: Độ bền tốt, khả năng chống oxy hóa, chịu nhiệt và có giá thành rẻ hơn so với vật liệu kim loại. Đặc biệt trong lĩnh vực chế tạo máy móc, vật liệu phi kim loại đang dần thay thế vật liệu kim loại do có trọng lượng nhẹ, dễ gia công, khả năng cách điện…
Để hiểu rõ hơn về vật liệu phi kim loại là gì? Tính chất, phân loại và ứng dụng. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu trong bài viết dưới đây nhé.
Vật liệu phi kim loại là gì?
Vật liệu phi kim loại là các vật liệu có thể trong nhiều trạng thái khác nhau:
- Trạng thái tinh thể như graphite, mica, thạch anh… có cấu tạo mạng tinh thể giống kim loại nhưng không có tính kim loại.
- Trạng thái vô định hình – trạng thái chủ yếu của các vật liệu phi kim loại, trong đó điển hình nhất là vật liệu polyme. Trong trạng thái này, các nguyên tử vật chất không ở trong trạng thái mạng tinh thể như trong kim loại nhưng chúng cũng có cấu tạo theo quy luật riêng được gọi là mạch.
- Trạng thái gốm là vật liệu trong trạng thái bao gồm các hạt có cấu tạo tinh thể được ép thành một khối, sau khi tiêu thụ, chúng liên kết với nhau nhờ chất dính. Chất dính trong vật liệu gốm có thể bổ sung từ đầu khi pha trộn nguyên liệu, cũng có thể tự sinh ra thiêu kết do một phần lớp bề mặt hạt tinh thể được tách ra. Chất dính trong vật liệu gốm trong trạng thái vô định hình.
Các loại vật liệu phi kim loại phổ biến
Chất dẻo
Chất dẻo là một loại vật liệu phi kim loại điển hình, được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và trong đời sống sinh hoạt như: bao bì, các chi tiết máy trong cơ khí, ngành điện, điện tử… Chất dẻo có một số ưu điểm nổi bật như sau:
Khối lượng riêng nhỏ, độ bền hóa học tốt, khả năng cách điện, cách âm tốt, tính chất bám dính tốt và dễ dàng gia công. Tuy nhiên chất dẻo cũng có hạn chế là tính dẫn điện, dẫn nhiệt cũng như khả năng chịu nhiệt kém, rất dễ bị lão hóa.
Theo tính chất liên kết, chất dẻo có thể phân chia thành 2 loại:
- Nhựa nhiệt dẻo
Nhựa nhiệt dẻo là hợp chất có phân tử lớn, chứa nhiều mắt xích trùng lặp cơ bản. Khi ở nhiệt độ cao, nhựa nhiệt dẻo dễ bị chảy mềm thành chất lỏng và đóng cứng lại thành chất rắn khi nhiệt độ vật giảm.
- Nhựa nhiệt rắn
Nhựa nhiệt rắn có hợp chất phân tử cao, không bị nóng chảy, chịu được nhiệt độ cao, không tái tạo được, không dẫn điện, nhiệt và có độ bền cao. Nhựa nhiệt rắn hóa rắn ngay sau khi được ép dưới áp suất, nhiệt độ gia công nên không thể tái sản xuất.
Cao su
Đây là vật liệu phi kim loại, trong điều kiện nhiệt độ thường có tính đàn hồi rất cao. Cao su có khả năng chịu lực tốt, chịu nén kém, không thấm nước, ổn định khi tẩy rửa và cách điện tốt.
Cao su sau khi lưu hóa (lượng lưu huỳnh từ 1 – 5%) có cơ tính được cải thiện tốt, môđun đàn hồi tăng và vẫn giữ các tính chất đàn hồi. Loại này gọi là cao su thường (cao su dẻo). Khi lưu hóa với lượng lưu huỳnh lớn sẽ khiến cao su cứng hơn, có đặc tính chống mòn, chống axit tốt nhưng đàn hồi kém. Loại này được gọi là cao su cứng.
Cao su được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất để chế tạo lốp ô tô (styrene butadiene). Cao su nitrile butadiene sử dụng để làm sản phẩm dùng trong môi trường xăng, dầu, mỡ như ống chịu áp lực, ống cao su mềm, ống dẫn khí, ống dẫn hơi. Cao su cứng ebonit được sử dụng trong công nghiệp điện kỹ thuật.
Compozit
Đây là vật liệu phi kim loại kết hợp hay vật liệu nhiều pha khác nhau về mặt hóa học. Chúng không hòa tan mà phân cách nhau bởi ranh giới pha, được tạo ra nhờ sự can thiệp kỹ thuật của con người.
Compozit thường có 2 pha: Pha liên tục trong toàn khối được gọi là nền, pha phân bố gián đoạn và được nền bao bọc gọi là cốt. Tính chất cơ học của compozit là lựa chọn phù hợp và phát huy những ưu việt của từng pha thành phần, tuy nhiên không phải bao gồm tính chất của các pha thành phần.
– Nền là pha liên tục có vai trò liên kết toàn bộ các phần tử cốt tạo thành một khối thống nhất, đồng thời che phủ và bảo vệ cốt khỏi môi trường bên ngoài. Loại nền thường sử dụng là chất dẻo, kim loại và gốm.
– Cốt là pha không liên tục có vai trò là pha tạo nên độ bền, độ đàn hồi và độ cứng.Các loại cốt thường sử dụng là chất vô cơ (sợi bo, sợi thủy tinh, sợi cacbon…), chất hữu cơ (sợi polyamide), kim loại (sợi thép không gỉ, bột molipden, bột vonfram).
Một số loại compozit sử dụng trong cơ khí:
- Compozit cốt hạt
Đây là loại vật liệu phi kim loại có đặc điểm là các phần tử cốt hạt cứng hơn nền thường là các oxit, cacbit…
Hợp kim cứng là compozit cốt hạt, trong đó nền là coban và cốt là các hạt cacbit.
Bê tông là compozit cốt hạt, trong đó nền là xi măng và cốt là đá, sỏi, cát.
- Compozit cốt sợi
Loại này có độ bền và mô đun có độ đàn hồi riêng cao. Vật liệu nền khá đối dẻo, cốt phải có độ bền và độ vững cao. Ngoài ra cơ tính của loại compozit cốt sợi còn phụ thuộc vào hình dáng, kích thước và sự phân bố sợi.
>>Tìm hiểu thêm về vật liệu composite
Gỗ
Gỗ là loại vật liệu phi kim loại được dùng nhiều lĩnh vực công nghiệp như xây dựng, giao thông, chế tạo máy và tiêu dùng. Tính chất chung của gỗ bao gồm: Tính hút ẩm, khi hút ẩm gỗ bị trương nở, hút nước và thẩm thấu nước, tính co rút và giãn nở.
Gỗ ẩm dẫn nhiệt, độ ẩm càng lớn thì tính dẫn nhiệt càng cao, gỗ dẫn nhiệt theo phương dọc thớ gấp 2 – 2,5 lần theo phương ngang thớ. Gỗ khô cách điện, để gia tăng độ cách điện thì người ta tẩm gỗ bằng dung dịch parafin hoặc keo nhân tạo.
Gỗ có cấu tạo không đồng nhất, có khối lượng riêng lớn, chịu lực lớn. Chịu lực dọc thớ tốt, khả năng chịu kéo tốt hơn chịu uốn, nén và cắt. Trọng lượng nhẹ, chắc, là vật liệu tự nhiên dễ dàng tìm kiếm, dễ gia công. Khả năng chịu lực khá tốt (độ chịu nén cao hơn gạch và bê tông). Gỗ là vật liệu phi kim loại có khả năng cách điện tốt.
Tuy nhiên cơ tính không đồng nhất và có nhiều khuyết tật, rất dễ bị mục, mối mọt.
Phương pháp nhận biết tính chất cơ học của vật liệu phi kim loại
Đặc trưng quang học
– Có thể phân biệt các loại nhựa dựa vào độ đục mờ hay trong suốt của vật như:
– Nhựa nhiệt rắn như: PVC, PS, PMMA, PC…có tính chất trong suốt, nhựa HDPE, LDPE, PP…có tính đục mờ.
Xác định khối lượng riêng
– Khối lượng riêng của vật phi kim loại khá nhẹ nên có thể xác định bằng cân, dao động từ 0,9g/m3 đến 2g/m3.
Tính chất của vật liệu phi kim loại
Tính chất cơ học
– Vật liệu phi kim loại không có tính dẻo, có tính đàn hồi, mềm hơn so với vật liệu hợp kim và kim loại (Ngoại trừ kim cương).
Tính chất vật lí
– Khối lượng riêng của vật phi kim loại nhỏ hơn so với khối lượng riêng của vật kim loại.
– Vật liệu phi kim loại có thể ở thể rắn, thể khí và thể lỏng có Bromine.
– Để làm nóng chảy vật liệu phi kim loại, chỉ cần đun sôi ở nhiệt độ thấp.
– Có khả năng cách điện, không dẫn nhiệt và điện.
Tính chất hóa học
– Trong các môi trường Acid, muối vật liệu phi kim loại không bị ăn mòn và oxy hóa. Nhưng lại bị giảm tuổi thọ dưới sự tác động của các tác nhân trong môi trường như: Nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ, vi sinh vật, hóa học…
Tính chất công nghệ
– Với mỗi chất liệu sẽ được gia công bằng nhiều phương pháp khác nhau như: Gia công nhựa bằng cách đùn, đúc phun, thổi ép…
Ứng dụng vật liệu phi kim loại
– Chất dẻo có độ dẻo cao như: PP, PE được sử dụng để làm bao bì sản phẩm, chai, lọ…
– Chất dẻo có độ trong suốt như PMMA, PS sử dụng để làm kính máy bay, dụng cụ gia đình và dụng cụ đo.
– Chất dẻo PVC sử dụng để làm ống, vỏ dây điện, loại này bền trong xăng và hóa chất (không sử dụng để đựng thực phẩm).
– Bakelit, tectolit, polyamide, … có độ cứng và khả năng chịu nhiệt cao, thường sử dụng để chế tạo chi tiết máy.
– Các loại keo dán: Phenolfomandehit, epoxy, acrylat, poli vinyl axetat.
– Cao su làm săm lốp, ống dẫn, các phần tử đàn hồi của khớp, trục, đai truyền, vòng đệm, sản phẩm cách điện, …
– Các loại compozit cốt sợi sử dụng hiện nay là compozit polyme sợi thủy tinh để làm vỏ xe ô tô, tàu biển, ống dẫn và tấm lót sàn công nghiệp.
– Compozit polyme sợi carbon thường sử dụng để chế tạo chi tiết của máy bay.
– Compozit kim loại sợi (có nền là Cu, Al, Mg… cốt là sợi cacbon, bo, cacbua silic), loại này có khả năng chịu nhiệt cao, sử dụng để chế tạo chi tiết trong tuabin.
– Cao su được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất để chế tạo lốp ô tô (styren butadience). Cao su nitrile butadience sử dụng để làm sản phẩm dùng trong môi trường xăng, dầu, mỡ như ống chịu áp lực, ống cao su mềm, ống dẫn khí, ống dẫn hơi. Cao su cứng ebonit được sử dụng trong công nghiệp điện kỹ thuật.
Nhựa acrylic
Tại sao nên sử dụng vật liệu phi kim loại so với vật liệu kim loại
Vật liệu phi kim loại đang được sử dụng thay thế cho kim loại trong nhiều ứng dụng do có những ưu điểm nổi bật sau:
– Trọng lượng nhẹ: Vật liệu phi kim loại thường nhẹ hơn kim loại, giúp giảm trọng lượng của công trình hoặc sản phẩm cuối cùng. Điều này không chỉ giúp giảm mệt mỏi khi sử dụng và vận chuyển mà còn giảm khối lượng mà hệ thống phải chịu đựng.
– Độ bền cao: Một số vật liệu phi kim loại như composite có độ bền vượt trội so với kim loại. Chúng có khả năng chống ăn mòn, chịu nhiệt độ cao và kháng va đập tốt hơn, nên được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như hàng không và ô tô.
– Tính cách điện tốt: Vật liệu phi kim loại thường có tính cách điện tốt, chống lại dòng điện và truyền dẫn nhiệt kém hơn kim loại, làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng điện tử và điện lạnh.
– Dễ gia công: Một số vật liệu phi kim loại như gỗ hoặc nhựa có thể được gia công dễ dàng hơn kim loại. Chúng có thể được cắt, đúc, ép, đánh bóng và sơn một cách dễ dàng để tạo ra các sản phẩm theo yêu cầu.
– Tính năng môi trường: Một số vật liệu phi kim loại được sản xuất từ nguồn tài nguyên tái tạo hoặc có khả năng tái chế, góp phần giảm thiểu tác động tiêu cực lên môi trường trong quá trình sản xuất và sử dụng.
Với những ưu điểm trên, vật liệu phi kim loại xứng đáng được xem xét và sử dụng thay thế cho kim loại trong nhiều ứng dụng nhằm tận dụng các lợi ích mà chúng mang lại.
Xem chi tiết: Tìm hiểu vật liệu kim loại
Trên đây là một số thông tin cơ bản về vật liệu phi kim loại. Hy vọng bài viết sẽ giúp bạn đọc nắm rõ về khái niệm vật liệu phi kim loại là gì. Nếu có bất cứ thắc mắc nào cần giải đáp, hãy để lại bình luận phía dưới, Tuấn Hưng Phát sẽ trả lời trong thời gian sớm nhất.
Chúng tôi chuyên cung cấp các loại van bi điều khiển điện, van bướm điều khiển điện, van an toàn, van cổng, các loại van khí nén như van bi khí nén, van bướm khí nén…thiết bị đo nhiệt độ, áp suất…Chúng tôi cam kết sản phẩm có chất lượng tốt, hàng chính hãng, chất lượng cao và có giá thành phù hợp. Để mua được sản phẩm tốt nhất quý khách hãy liên hệ ngay với chúng tôi qua hotline hoặc địa chỉ: LK37/11 KĐT Phú Lương, Phú Lương, Hà Đông, Hà Nội, Việt Nam
