Vật liệu composite, hay còn gọi là vật liệu tổng hợp, ngày nay đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên, để khai thác tối đa những tính năng ưu việt của composite, việc hiểu rõ cấu tạo của chúng là điều cần thiết. Giống như một tòa nhà, sự vững chắc phụ thuộc vào cách sắp xếp các vật liệu xây dựng, cấu trúc của vật liệu composite cũng ảnh hưởng đáng kể đến độ bền, khả năng chịu tải và các tính chất khác. Ví dụ, trong cùng một loại vật liệu composite, hướng phân bố của sợi gia cường có thể ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chịu lực kéo của vật liệu.
II. Đi sâu vào cấu trúc của vật liệu composite
Để hiểu rõ cấu tạo của vật liệu composite, cần phân biệt giữa pha và thành phần. Pha là một dạng vật liệu riêng biệt tồn tại trong cấu trúc của composite, trong khi thành phần có thể là một chất đơn lẻ hoặc hỗn hợp của các chất tạo nên pha. Vật liệu composite thường bao gồm hai pha chính:
2.1. Vật liệu nền (pha nền): đóng vai trò như chất keo liên kết các thành phần của composite lại với nhau. Các loại vật liệu nền phổ biến bao gồm nhựa (epoxy, polyester), kim loại (nhôm), gốm (sứ) và thậm chí cả xi măng (trong bê tông cốt thép). Tính chất của vật liệu nền ảnh hưởng đáng kể đến quá trình chế tạo và các tính chất tổng thể của composite. Ví dụ, tính lưu động của nhựa ảnh hưởng đến việc phân bố đều các sợi gia cường trong quá trình sản xuất.
2.2. Vật liệu gia cường (pha cốt): là thành phần chính quyết định đến các tính chất cơ học của composite. Chúng thường có dạng sợi, hạt hoặc lớp và được phân bố trong vật liệu nền. Các dạng phổ biến của vật liệu gia cường bao gồm:
Sợi: Sợi thủy tinh, sợi carbon, sợi aramid (Kevlar) - có ưu điểm là độ bền kéo cao nhưng lại giòn.
Hạt: Thường được sử dụng trong bê tông cốt liệu, có tác dụng tăng khả năng chịu nén.
Lớp: Vật liệu dạng tấm mỏng như gỗ dán hoặc kim loại mỏng có thể được sử dụng làm vật liệu gia cường trong một số trường hợp.
Mỗi dạng vật liệu gia cường có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau. Bên cạnh đó, sự có mặt của vật liệu gia cường đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải lực tác động lên vật liệu composite. Khi lực tác dụng lên vật liệu, các sợi gia cường sẽ chịu phần lớn lực và phân tán lực đều trong vật liệu nền, giúp composite có khả năng chịu tải cao.
2.3. Giao diện (pha界面 - giai diện: interface) giữa vật liệu nền và vật liệu gia cường: Là vùng ranh giới tiếp xúc giữa hai pha. Giao diện đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính liên kết và truyền tải lực giữa các thành phần. Độ bền vững của giao diện ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất làm việc của vật liệu composite. Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến độ bền vững của giao diện, chẳng hạn như tính tương thích về hóa học và vật lý giữa vật liệu nền và vật liệu gia cường.
III. Các kiểu cấu trúc composite thường gặp
Cấu trúc của vật liệu composite phụ thuộc vào cách sắp xếp của vật liệu gia cường. Dưới đây là một số kiểu cấu trúc composite thường gặp:

Composite dạng đơn hướng: Sợi gia cường được sắp xếp song song theo một hướng nhất định. Kiểu cấu trúc này có độ bền kéo cao theo hướng của sợi nhưng lại yếu ở các hướng khác.
Composite dạng đẳng hướng: Sợi gia cường được phân bố ngẫu nhiên trong vật liệu nền. Kiểu cấu trúc này có tính chất gần như tương đương nhau theo mọi hướng.
Composite dạng đa hướng: Sợi gia cường được bố trí theo nhiều hướng khác nhau. Kiểu cấu trúc này nhằm mục đích cải thiện tính đẳng hướng của vật liệu.
Mỗi kiểu cấu trúc composite có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau. Ví dụ, composite dạng đơn hướng thường được sử dụng trong các thanh chịu lực kéo, trong khi composite dạng đẳng hướng phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tính chất ổn định theo mọi hướng.
IV. Kết luận
Cấu trúc của vật liệu composite đóng vai trò then chốt trong việc quyết định các tính chất và hiệu suất làm việc của vật liệu. Hiểu rõ vai trò của từng thành phần (vật