Trong ngành cơ khí hiện đại, bên cạnh các vật liệu kim loại truyền thống, vật liệu phi kim loại ngày càng đóng vai trò quan trọng nhờ những ưu điểm vượt trội. Bài viết này sẽ đi sâu vào các loại vật liệu phi kim loại phổ biến trong ngành cơ khí, bao gồm gỗ, chất dẻo, cao su, và các vật liệu composite, đồng thời phân tích ưu nhược điểm và ứng dụng thực tiễn của chúng.
 

1. Gỗ - Vật liệu truyền thống với nhiều ưu điểm

• Ưu điểm:
  • Độ bền cao so với trọng lượng: Gỗ có độ bền tốt, đặc biệt là theo chiều dọc thớ, trong khi khối lượng riêng tương đối nhỏ (0,35 - 0,75 g/cm³).
  • Dễ gia công: Gỗ có thể dễ dàng được gia công bằng các phương pháp cưa, bào, cắt, đục.
  • Giá thành rẻ: Gỗ là một vật liệu phổ biến, có giá thành tương đối thấp.
• Nhược điểm:
  • Độ bền không đồng đều: Độ bền của gỗ theo chiều dọc thớ cao hơn nhiều so với chiều ngang thớ.
  • Dễ bị tác động bởi môi trường: Gỗ dễ bị mục, mọt, ẩm mốc và cháy.
  • Độ bền tương đối thấp so với kim loại: Gỗ không phù hợp cho các ứng dụng chịu tải trọng lớn hoặc làm việc trong môi trường khắc nghiệt.
• Ứng dụng:
  • Làm toa xe, thùng ô tô.
  • Chế tạo các bộ phận của máy móc nông nghiệp.
  • Làm công cụ lao động và bao bì chứa đựng.
  • Chế tạo khuôn mẫu trong ngành đúc.
• Biện pháp bảo quản và nâng cao độ bền:
  • Sấy khô gỗ trước khi gia công để giảm độ ẩm và tăng độ bền.
  • Sử dụng các phương pháp bảo quản gỗ như tẩm hóa chất để chống mối mọt và ẩm mốc.
  • Áp dụng các phương pháp xử lý bề mặt để tăng khả năng chịu lửa và chống ẩm.

2. Chất dẻo - Vật liệu đa năng với nhiều tính năng ưu việt

• Ưu điểm:
  • Trọng lượng nhẹ: Chất dẻo có khối lượng riêng thấp, giúp giảm trọng lượng sản phẩm.
  • Tính cách điện, cách nhiệt và chống ăn mòn cao: Chất dẻo là vật liệu cách điện và cách nhiệt tốt, đồng thời có khả năng chống ăn mòn cao.
  • Khả năng chống rung: Chất dẻo có khả năng hấp thụ rung động tốt.
  • Hệ số ma sát lớn (khi không có dầu mỡ): Chất dẻo có hệ số ma sát cao, phù hợp cho các ứng dụng cần độ ma sát lớn.
  • Tính thẩm mỹ cao: Chất dẻo có thể được tạo hình và tạo màu sắc đa dạng.
• Nhược điểm:
  • Độ bền cơ học và độ cứng thấp hơn kim loại: Chất dẻo không phù hợp cho các ứng dụng chịu tải trọng lớn hoặc làm việc trong môi trường khắc nghiệt.
  • Khả năng chịu nhiệt kém: Một số loại chất dẻo có khả năng chịu nhiệt kém.
  • Dễ bị lão hóa dưới tác động của môi trường: Chất dẻo có thể bị giòn, nứt hoặc phai màu dưới tác động của ánh sáng mặt trời, nhiệt độ và hóa chất.
• Các loại chất dẻo phổ biến:
  • Têctôlit (vải độn): Độ bền cao, chống mài mòn tốt, cách điện tốt (bánh răng, ống lót ổ trục).
  • Giêtinac (giấy độn): Cách điện cao, giá rẻ (vật liệu cách điện).
  • Lignôphôn (gỗ độn): Vòng đệm, ống lót ổ trục.
  • Plexiglat (thủy tinh hữu cơ): Cửa kính máy bay, ô tô, khí cụ kỹ thuật.
  • PE (polyetylen): Công nghiệp thực phẩm, dược liệu.
  • PVC (polyvinyl clorua): Ống nước.
  • PS (polystyrene): Dụng cụ gia đình.
  • PA (polyamit): Bánh răng, bọc trục.
  • Bakelit (PF - phenoplate): Chi tiết chịu nhiệt, độ bền cao.
  • Composite (vật liệu cốt sợi): Độ bền cao, nhẹ, chịu nhiệt tốt, chống ăn mòn (hàng không, xây dựng, chế tạo máy).

3. Cao su - Vật liệu đàn hồi với khả năng giảm chấn và cách điện tốt

• Ưu điểm:
  • Tính đàn hồi cao: Cao su có độ giãn dài khi kéo đạt tới 700-800%.
  • Khả năng giảm chấn động tốt: Cao su có khả năng hấp thụ rung động và giảm chấn tốt.
  • Độ cách điện cao: Cao su là vật liệu cách điện tốt.
• Nhược điểm:
  • Độ bền cơ học thấp hơn kim loại: Cao su không phù hợp cho các ứng dụng chịu tải trọng lớn.
  • Dễ bị lão hóa dưới tác động của môi trường: Cao su có thể bị giòn, nứt hoặc phai màu dưới tác động của ánh sáng mặt trời, nhiệt độ và hóa chất.
  • Khả năng chịu nhiệt kém: Cao su có khả năng chịu nhiệt kém.
• Ứng dụng:
  • Săm lốp xe.
  • Ống dẫn.
  • Các phần tử đàn hồi của khớp trục, đai truyền.
  • Vòng đệm.
  • Sản phẩm cách điện.
  • Ébonit (cao su lưu hóa với lưu huỳnh cao): Vật liệu cách điện cao, bền hóa học.

4. Vật liệu composite - Sự kết hợp hoàn hảo giữa các vật liệu

• Ưu điểm:
  • Độ bền cao: Vật liệu composite có độ bền cao, đặc biệt là khi được gia cường bằng sợi.
  • Trọng lượng nhẹ: Vật liệu composite có trọng lượng nhẹ hơn nhiều so với kim loại.
  • Khả năng chịu nhiệt tốt: Một số loại vật liệu composite có khả năng chịu nhiệt cao.
  • Khả năng chống ăn mòn cao: Vật liệu composite có khả năng chống ăn mòn tốt.
• Nhược điểm:
  • Giá thành cao: Vật liệu composite có giá thành cao hơn so với các vật liệu truyền thống.
  • Khó tái chế: Vật liệu composite khó tái chế hơn so với kim loại và nhựa.
  • Quy trình sản xuất phức tạp: Quy trình sản xuất vật liệu composite phức tạp hơn so với các vật liệu truyền thống.
• Ứng dụng:
  • Ngành hàng không vũ trụ: Chi tiết máy bay, tên lửa, tàu vũ trụ.
  • Ngành xây dựng: Cột, dầm, sàn, mái.
  • Ngành chế tạo máy: Chi tiết máy, vỏ máy, thiết bị công nghiệp.
  • Ngành ô tô: Thân vỏ, chi tiết nội thất.
  • Ngành thể thao: Khung xe đạp, gậy golf, vợt tennis.

Vật liệu phi kim loại ngày càng được sử dụng rộng rãi trong ngành cơ khí nhờ những ưu điểm vượt trội về trọng lượng, tính năng và giá thành. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và điều kiện làm việc cụ thể của từng ứng dụng.