Cơ khí chế tạo máy - Chương 2: Vật liệu polymer

4/8/2010 1 ƯƠ Ậ ỆCH NG 2:V T LI U POLYMER 4/8/2010 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU PGS. TS.THÁI THỊ THU HÀ 1 2.1.PHÂN LOẠI VẬT LIỆU KỸ THUẬT 4/8/2010 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU PGS. TS.THÁI THỊ THU HÀ 2 4/8/2010 2 Vật liệu kỹ thuật Kim loại P l C i Hỗ 2.1.PHÂN LOẠI VẬT LIỆU KỸ THUẬT • Chứa sắt - Cast Iron - Thép •Khơng chứa sắt - Al, Mg, Cu, Ti, Ni, Zn, etc. & các hợp kim • Kim loại quí o ymers • Nhiệt dẻo (Thermoplastics) - nylons, - polystyrene, - polypropylene, etc. • Nhiệt rắn (Thermosets) eram cs • Truyền thống - Clay - Silica - Feldspar • Cao - Oxides, - Nitrides, - Carbides n hợp • Composites • Electronic • Magnetic •Construction - Au • Hợp kim đặc biệt - epoxies - polyesters • Đàn hồi ( Elastomers) - Cao su lưu hố , - Ferrites, - Titanates • Thuỷ tinh 4/8/2010 3 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU PGS. TS.THÁI THỊ THU HÀ ‹Vật liệu kim loại. 2.1.PHÂN LOẠI VẬT LIỆU KỸ THUẬT ‹Vật liệu gốm. ‹Vật liệu polymer. ‹Vật liệu composite. 4/8/2010 4 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU PGS. TS.THÁI THỊ THU HÀ 4/8/2010 3 ™Kim loại – Đúc: Chứa sắt và khơng chứa sắt 2.1.PHÂN LOẠI VẬT LIỆU KỸ THUẬT – Rèn: Chứa sắt và khơng chứa sắt – các đặc tính để lựa chọn: tính bền (sức căng, cong,cắt), mơ đun đàn hồi, độ dãn dài, độ cứng, giới hạn kéo dài, mật độ tính nhiệt tính dẫn nhiệt à điện, , v , hệ số giãn nở nhiệt, tính điện POLYMERS 2.1.PHÂN LOẠI VẬT LIỆU KỸ THUẬT ™Polymer TỰ NHIÊN Proteins Polysacharrides(Polysacarit) CHẤT ĐÀN HỒI TỔNG HỢP 1. CHẤT DẺO •Thermoplastic NHỰA NHIỆT DẺO Gum resins v.v..( nhựa gơm) •Thermosetting NHỰA NHIỆT RẮN 2. VẬT LIỆU ĐÀN HỒI 4/8/2010 4 • CÁC POLYMER THIÊN NHIÊN – Cotton: Dùng bọc các lều, bọc máy bay 2.1.PHÂN LOẠI VẬT LIỆU KỸ THUẬT – Proteins động vật: chất dính kết – Cây gai : làm thừng – Cao su thiên nhiên: dây đai, đồ trang sức, bit tất, ống – Gỗ ™Ceramics: – Đặc tính :Bền ở nhiệt độ cao, cứng, kháng học tốt,chịu mài mịn tốt, và cách điện và nhiệt tốt 2.1.PHÂN LOẠI VẬT LIỆU KỸ THUẬT – Cĩ tính kim lọai và phi kim loại. – Phạm vi sử dụng: • Truyền thống: chống mài mịn, các sản phẩm đất sét, xây dựng, thủy tinh,chịu lửa. • Kỹ thuật: ơ tơ hành khơng, điện tử, nhiệt độ cao, chế tạo máy, y khoa. 4/8/2010 5 ™Composites: – Khơng giống polymers, composit là kết hợp của hai hay nhiều lọai vật liệu hĩa học khác nhau,chúng cĩ đặc tính của cả hai Hai ế tố chính để cấ tạo ật 2.1.PHÂN LOẠI VẬT LIỆU KỸ THUẬT . y u u v liệu composite là sợi gia cố và matrix – Các lọai sợi gia cố thường là: thủy tinh, graphite, aramids (Kevlar), boron, and others – Matrix: nhựa nhiệt rắn ( epoxy, polyester, phenolics,etc), nhựa nhiệt dẻo (PEEK, polysulfone, polyetherimide), kim lọai (al, al-li, magnesium, ốtitatium), g m (silico, carbide, silicon nitride, aluminum oxide), và carbon. POLYMER, RESIN, AND PLASTICS ‹ Polymer là hợp chất được tạo ra bằng cách lặp lại nhiều đơn vị hoặc các khối gọi là đơn phân từ ‹ Khi chúng được tạo ra sẵn để cho các cơng nghệ sản xuất thì đưiợc gọi là nhựa ‹ Polymersare hiếm khi được tạo ra ở dạng nhất định, thường chúng được tạo ra với dạng tổng hợp với các chất độn khác nhau. Và dạng như vậy được gọi là chất dẻo. ‹ Thường, polymers, resins, plastics cĩ thể dùng đổi lẫn cho nhau 4/8/2010 6 SO SÁNH CÁC ĐẶC TÍNH CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU KỸ THUẬT Mật độ Độ bền cơ học Tính uốn Độ ổn định ở nhiệt độ cao Ki l ị T bì h Tốtm oa Cao rung n Cao Chất dẻo Thấp Thấp Rất cao (Nhựa nhiệt dẻo) Thâp (Nhựa nhiệt Khơng tốt 4/8/2010 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU PGS. TS.THÁI THỊ THU HÀ 11 rắn) Gốm Trung bình Cao Thấp Rất tốt Composit Thấp Cao TRung bình Khơng tốt 2 2 KHÁI NIỆM POLYMER. . 4/8/2010 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU PGS. TS.THÁI THỊ THU HÀ 12 4/8/2010 7 Polymer cĩ nguồn gốc từ Hy Lạp và cĩ nghĩa là gồm nhiều bộ phận. Polymer cĩ nghĩa là gồm nhiều (poly)= “many” và (mers)= “(units) cĩ nghĩa là phân tử được lặp lại nhiều lần từ các đơn phân tử (được gọi là 2.2.KHÁI NIỆM POLYMER monomer viết tắt là mer) nhờ liên kết cộng hố trị, số các đơn phân tử này cĩ thể là hàng ngàn thậm chí hàng triệu. Kết quả là tạo ra chất cĩ phân tử lớn và được gọi là đại phân tử . Polymers bao gồm chất dẻo và cao su (plastics and rubber) là các chất mà phân tử của chúng cĩ mạch dài 4/8/2010 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU PGS. TS.THÁI THỊ THU HÀ 13 Polymers bao gồm nhiều nguyên tử hoặc nhiều phân tử 2.2.KHÁI NIỆM POLYMER 4/8/2010 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU PGS. TS.THÁI THỊ THU HÀ 14 4/8/2010 8 • Polymer thường bao gồm carbon, oxygen, and hydrogen. Một số ngịai carbon cịn cĩ Si, F, Cl S Cĩ một số polymer chủ yếu là carbon và 2.2 KHÁI NIỆM POLYMER , . vì vậy nĩ được gọi là chất hữu cơ. • Polymer cĩ thể coi như một “tơ” spaghetti 4/8/2010 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU PGS. TS.THÁI THỊ THU HÀ 15 CÁC MẠCH VÀ ĐƠN PHÂN TỬ CỦA POLYMER 4/8/2010 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU PGS. TS.THÁI THỊ THU HÀ 16 4/8/2010 9 Polytetraflouroethylene PTFE - Teflon F F F F FF C C C C C C VÍ DỤ Cl Cl Cl Polyvinylchloride PVC F F F F F F C C C C C C H H H H H H H H H CH3 CH3 CH3 Polypropylene PPC C C C C C H H H H H H H H H 2.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA POLYMER a/ Ưu điểm • Dễ dàng tạo sản phẩm sắc nét. ấ ẫ ẫ• Mật độ th p, tính d n điện và d n nhiệt kém. • Cĩ tính chịu ăn mịn và hố chất. • Tỷ số của độ bền và khối lượng tốt khi cĩ dùng sợi gia cố. • Được dùng rộng rãi trong vật liệu composite. ấ ấ• Ch t dẻo và polymer cĩ những đặc tính duy nh t và nhiều tính chất khác vượt trội so với kim lọai: như giảm tiếng ồn, cĩ khả năng tạo mầu dễ dàng và độ trong suốt cao. 4/8/2010 10 • Polymer cĩ thể cĩ được hình dạng phức tạp dễ dàng. • Nhiều chất dẻo cĩ thể được tạo ra với hình ắ ầ 2.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA POLYMER dạng s c nét mà khơng c n nguyên cơng hồn tất. • Nhiệt là cần thiết cho quá trình tạo sản phẩm nhưng nhỏ hơn rất nhiều với quá trình kim loại. • Giá tương đối thấp. ™Mật độ thấp hơn kim loại hoặc gốm. ™ Trọng lượng riêng của polymer ∼ 1.2 (Trọng lượng riêng của gốm = ∼ 2.5, của kim loại = ∼ 7.0 2.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA POLYMER ™ Hệ số giãn nở nhiệt lớn ( thường giá trị lớn gấp 5 lần so với kim loại và 10 lần so với gốm. ™ Nhiệt độ nĩng chảy thấp. Nhiệt dung riêng lớn gấp từ 2 và 4 lần so với kim loại và gốm. ™ Tính dẫn nhiệt thấp hơn 3 lần so với kim loại. ™ Tính cách điện tốt. 4/8/2010 11 b./ Nhược điểm • So với kim loại thì polymer cĩ độ bền, độ cứng thấp hơn. • Mơ đun đàn hồi thấp. • Phạm vi sử dụng ở nhiệt độ thấp 2.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA POLYMER . • Hệ số giãn nở nhiệt cao. • Độ ổn định kích thước theo thời gian kém và thường bị dão. • Dễ bốc cháy. • Khĩ sửa chữa. • Cĩ thể cĩ các sản phẩm độc hay nguy hiểm cĩ thể là mùi h ặ khĩi t á t ì h hì h thà h ả hẩo c rong qu r n n n s n p m. • Hút ẩm. • Một số loại polymer cĩ thể bị phân huỷ dưới ánh nắng mặt trời hoặc một số tia bức xạ. 2.4 CÁC CHẤT DẺO VÀ LỊCH SỬ (1995) • LDPE ($0.38/lb) 6.4 M metric tons (1000 kg) • HDPE ($0.29/lb) 5.3 M metric tons • PVC ($0.26/lb) 5.1 M metric tons • PP ($0.28/lb) 4.4 M metric tons • PS ($0.38/lb) 2.7 M metric tons • PU ($0.94/lb) 1.7 M metric tons • PET ($0.53/lb) 1.6 M metric tons • Phenolic ($0.75/lb) 1.5 M metric tons Total 28.6 M metric tons (82% of market) • Nylon ($1.40/lb) 0.4 M metric tons • PTFE ($6.50/lb) <0.1 M metric tons • PEEK ($36.00/lb) <0.05 M metric tons 4/8/2010 12 • 1838 tài khoản đầu tiên về phản ứng trùng hợp được viết thành sách là Victor Regnault (French) • 1839 Charles Goodyear (American) đã phát minh ra trạng thái rắn của cao su thiên nhiên. Và ơng gọi nĩ là quá trình lưu hĩa • 1860’s J W Hyatt (American)đã phát minh ra celluloid nĩ là sản phẩm 2.4 LỊCH SỬ CỦA POLYMER . . , dùng cho các sản phẩm tiêu dùng đầu tiên. Quả bĩng bida đã được tạo ra từ vật này thay cho ngà voi. • 1899 Arthur Smith (British) đã lấy patent về nhựa phenol-formaldehyde dùng để tạo vật liệu cách điện. • 1910 Leo Baekeland (Belgian, American) đã thương mại hĩa Bakelite. • 1920 ‘s Việc trùng hĩa đã thành cơng trong cơng nghệp (ICI, I. G. Farben, DuPont) 23 • 1930-1940 Đã thương mại hĩa PVC, PE mật độ thấp, PS, PMMA. • 1939 Đã tạo ra sản phẩm thương mại đĩ là Nylon 6/6 do DuPont. W. H. Carothers • 1945-1970 Đã thương mại hĩa nhiều loại polymers; nhiều thiết bị của quá trình đã được phát triển và hiện đại hĩa; các sợi tổng hợp ử d i tă ột á h h h hĩ K l Zi l à Gi li 2.4 LỊCH SỬ CỦA POLYMER s ụng g a ng m c c n an c ng, ar eg er v u o Natta đã phát triển hệ thống xúc tác và được giải Nobel năm 1953 • 1970-nay : các chất dẻo cĩ sợi gia cố (composites) đã dần thay thế cho các vật truyền thống; các chất dẻo kỹ thuật đã được phát triển; 24 4/8/2010 13 2.5 ỨNG DỤNG 2.5 ỨNG DỤNG 4/8/2010 14 4/8/2010 15 3.KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CHẤT DẺO 4/8/2010 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU PGS. TS.THÁI THỊ THU HÀ 29 • Plastics là từ xuất phát từ Hy lạp plastikos,cĩ nghĩa là tạo hình dáng hoặc 3.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CHẤT DẺO nhờ khuơn. -Chất dẻo khi cĩ tác dụng của nhiệt thì nĩ sẽ chuyển sang trạng thái lỏng hoặc trạng thái mềm. 4/8/2010 16 • Là vật liệu cĩ phân tử lượng lớn bằng cách 3.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CHẤT DẺO tổng hợp • Nĩ đơng đặc để cĩ hình dạng mong muốn hợac nhờ khuơn Đ hiê ứ bởi• ược ng n c u các nhà hố học, kỹ sư và kỹ thuật viên PHÂN LOẠI CHẤT DẺO 4/8/2010 17 LỰA CHỌN ŠĐặc tính vật lý ŠTính hĩa học ŠCác tính chất của quá trình ŠSản phẩm và giá thành 3.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO a/. Theo cấu trúc mạch của phân tử: Cấu trúc mạch cĩ ảnh hưởng lớn đến các đặc tính như độ nhớt, tính đàn hồi, nhiệt độ. Thường người ta chia làm bốn loại ™ Mạch thẳng(Linear): polymer nhiệt dẻo cĩ cấu trúc mạch thẳng cấu trúc mạch phân tử thường bao gồm hàng trăm hoặc hàng ngàn các phân tử hữu cơ riêng biệt và liên kết với nhau nhờ liên kết cộng hố trị. - Các TP thường cĩ cấu trúc mạch thẳng (acrylics, nylons, polyethylene, and polyvinyl chloride). -Cấu trúc mạch thẳng là khơng cĩ mạch nhánh trong thực tế thì khơng cĩ dạng mạch thẳng hồn tồn, cấu trúc mạch ảnh hưởng về độ cứng vũng, mức độ tinh thể và ứng suất tác dụng 4/8/2010 18 polymer mạch thẳnga/. Theo cấu trúc mạch của phân tử: 3.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO ™Mạch nhánh (Branched): Nĩ giống như mạch thẳng nhưng cĩ các nhánh ở bên. Mạch của TP cũng cĩ cấu tạo dạng nhánh đơi khi nĩ kết hợp cả dạng 3.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO a/. Theo cấu trúc mạch của phân tử: mạch thẳng và mạch nhánh - Các nhánh tăng sự rối giữa các phân tử làm cho các polymer bền hơn ở trạng thái rắn và độ nhớt tăng ở nhiệt độ ở trạng thái lỏng 4/8/2010 19 Polymer mạch nhánh a/. Theo cấu trúc mạch của phân tử: 3.1 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO a/. Theo cấu trúc mạch của phân tử: ™Mạch liên kết ngang (Cross-linked) – Liên kết ngang khơng chặt thường cĩ trong các vật 3.1 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO liệu đàn hồi – Liên kết ngang chặt thường cĩ trong các vật liệu nhựa nhiệt rắn( TS) 4/8/2010 20 • Thơng thường polymer vơ định hình là yếu 3.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO a/. Theo cấu trúc mạch của phân tử: ™Mạch liên kết ngang (Cross-linked) • Liên kết ngang sẽ bền hơn 3.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO a/. Theo cấu trúc mạch của phân tử: ™ Liên kết khơng gian (Network-Highly cross-linked hoặc Tightly cross-linked ). - Hầu hết các nhựa nhiệt rắn cĩ cấu trúc này( epoxies, phenolics) và là đại phân tử khổng lồ. 4/8/2010 21 C Ấ U T C Ủ A PG TR Ú C M Ạ P O LY M E R IA N H IỆ T Ạ C H R K H I T b. Theo khả năng chịu nhiệt • Plastics thường được chia thành hai loại: 3.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO ¾ Nhựa nhiệt dẻo (Thermoplastic) ¾ Nhựa nhiệt rắn ( Thermosetting) 4/8/2010 22 VÍ DỤ • Nhựa nhiệt dẻo: – Polyethylene, polyvinylchloride, polypropylene, polystyrene and nylon, • Nhựa nhiệt rắn: – Phenolics, epoxies, and certain polyesters • Cao su: – Cao su thiên nhiên – Cao su nhân tạo ™ Nhựa nhiệt dẻo( thermoplastics- TP) 3.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO 4/8/2010 23 ™ Nhựa nhiệt dẻo( thermoplastics- TP) Nhựa nhiệt dẻo cĩ thể ở nhiều dạng khác nhau: ™ Hạt, bột (1-100 microns), ™ Nhựa nhiệt dẻo cĩ thể được mềm khi gia nhiệt ( Chỉ khoảng vài tăm độ). Nĩ sẽ cứng lại khi làm nguội đến nhiệt độ phịng, nĩ cĩ thể tạo được hình dạng mong muốn dễ dàng do liên kết phụ yếu cho phép trượt giữa các mạch polymer. TP cĩ thể được định dạng lại lần thứ hai nhờ nhiệt thành một sản phẩm khác 3.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO . - Các đặc tính này cho phép nhựa TP cĩ thể tạo dáng dễ dàng và cĩ tính kinh tế khi gia cơng. - Chu kỳ gia nhiệt và làm nguội cĩ thể lặp lại nhiều lần mà khơng cĩ sự phân huỷ nào đáng kể ™ Ví dụ các nhựa TP - Polystyrene, polyethylene - recyclable food containers/ ™ TP thường được chứa trong các silơ hoặc vận chuyển bằng khí nén. ™ Các polymer mạch dài sẽ nĩng chảy trong khi gia nhiệt. ™ Mứ độ ti h thể (Cĩ thể ĩ ù ơ đị h hì h à ù ti h thể )c n c v ng v n n v v ng n ™ Đại phân tử của polymer TP cĩ cấu trúc mạch thẳng hoặc mạch nhánh, diều này cĩ nghĩa là trong lúc gia nhiết nĩ khơng cĩ liên kết ngang ™ Ngược lại polymer TS hoặc các vật liệu đàn hồi sẽ thay đổi tính hố học khi gia nhiệt do đại phân tử của nĩ cĩ cấu trúc liên kết ngang 2.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO ™Nhựa nhiệt rắn (Thermosetting - TS) ™ Cĩ hình dáng cố định, nĩ khơng thể mềm khi gia nhiệt lần thứ hai. ™ Mức độ liên kết ngang cao ( cịn các vật liệu đàn hồi thì cĩ liên kết ngang ở mức độ thấp. Chính cĩ mức độ liện kết ngang cao mà polymer trở nên cứng hĩa học.Vì vậy khi phản ứng khơng thể xảy ra ngược lại, do cấu trúc của polymer cố định, nếu gia nhiệt lần thứ hai nĩ sẽ bị phá hủy hoặc bị cháy hơn là nĩng chảy ™ Cĩ độ cứng và giịn trong khi đĩ các vật liệu 4/8/2010 24 SO SÁNH NHỰA TS VÀ TP ƯU ĐIỂM TS ƯU ĐiỂM TP Giá cao Giá cao TS KỸ THUẬT TP KỸ THUẬT Khả năng chịu nhiệt cao Độ bền cao Mơ đun đàn hồi cao Tốt với các sợi wet-out giịn Khả năng hịa tan kém Độ bền cao Kém wet-out Độ bền cao Giá thành thấp Tuyệt vời với các sợi wet-out Độ bền vừa phải Giịn Giá thành thấp Tiêu chuẩnTP mfg Các sợi ngắn Độ bền vừa phải Độ bền tốt ™ Nhựa nhiệt dẻo( thermoplastics- TP) Nhựa nhiệt dẻo cĩ thể ở nhiều dạng khác nhau: ™ Hạt, bột (1-100 microns), ™ Nhựa nhiệt dẻo cĩ thể được mềm khi gia nhiệt ( Chỉ khoảng vài tăm độ). Nĩ sẽ cứng lại khi làm nguội đến nhiệt độ phịng, nĩ cĩ thể tạo được hình dạng mong muốn dễ dàng do liên kết phụ yếu cho phép trượt giữa các mạch polymer. TP cĩ thể được định dạng lại lần thứ hai nhờ nhiệt thành một sản phẩm khác 3.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO . - Các đặc tính này cho phép nhựa TP cĩ thể tạo dáng dễ dàng và cĩ tiíh kinh tế khi gia cơng. - Chu kỳ gia nhiệt và làm nguội cĩ thể lặp lại nhiều lần mà khơng cĩ sự phân huỷ nào đáng kể ™ Ví dụ các nhựa TP - Polystyrene, polyethylene - recyclable food containers/ ™ TP thường đượcchứa trong các silơ hoặc vận chuyển bằng khí nén. ™ Các polymer mạch dài sẽ nĩng chảy trong khi gia nhiệt. ™ Cĩ thể lặ l i á t ì h( Nhiệt độ á ĩ thể là ật liệ bị iả hất l ) p ạ qu r n qu cao c m v u g m c ượng . ™ Mức độ tinh thể (Cĩ thể cĩ vùng vơ định hình và vùng tinh thể ) ™ Đại phân tử của polymer TP cĩ cấu trúc mạch thẳng hoặc mạch nhánh, diều này cĩ nghĩa là trong lúc gia nhiết nĩ khơng cĩ liên kết ngang ™ Ngược lại polymer TS hoặc các vật liệu đàn hồi sẽ thay đổi tính hố học khi gia nhiệt do đại phân tử của nĩ cĩ cấu trúc liên kết ngang 4/8/2010 25 THERMOPLASTICS (TP) Ví dụ : Tinh thể Vơ định hình PE PP PTFE nylon 66 PS PMMA PC 2.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO ™Nhựa nhiệt rắn (Thermosetting - TS) ™ Cĩ hình dáng cố định, nĩ khơng thể mềm khi gia nhiệt lần thứ hai. ™ Mức độ liên kết ngang cao ( cịn các vật liệu đàn hồi thì cĩ liên kết ngang ở mức độ thấp. Chính cĩ mức độ liện kết ngang cao mà polymer trở nên cứng hĩa học.Vì vậy khi phản ứng khơng thể xảy ra ngược lại, do cấu trúc của polymer cố định, nếu gia nhiệt lần thứ hai nĩ sẽ bị phá hủy hoặc bị cháy hơn là nĩng chảy ™ Cĩ độ cứng và giịn trong khi đĩ các vật liệu 4/8/2010 26 c/ Phân lọai theo cấu trúc tinh thể ™ Vơ định hình (Amorphous): Cấu trúc phân tử khơng thể hình thành một cách đều đặn (crystallizing) mà xoắn ngẫu nhiên hoặc cuộn 3.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO , . - Độ co rút thấp . - Thường trong suốt c/ Phân lọai theo cấu trúc tinh thể ™Cấu trúc tinh thể (Crystalline)-Dạng cấu trúc phân tử đều đặn.Độ tính thể rất cao thì hiếm khi gặp trong khối polymer 3.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO ™Hầu hết các polymer tinh thể là bán tinh thể do nĩ bao gồm các vùng là tinh thể và vùng vơ định hình và gọi là bán tinh thể. ™Các phân tử được sắp xếp một cách trật tự 4/8/2010 27 SỰ TINH THỂ TRONG POLYMER • Cả hai loại cấu trúc vơ định hình và tinh thể cĩ thể tồn tại mặc dù khả năng tinh thể ít hơn so với kim loại hoặc gốm • Khơng phải tất cả các polymer đều cĩ dạng tinh thể • Do vậy mức độ tính thể hĩa luơn nhỏ hơn 100% • Khi mức độ tinh thể hĩa tăng trong polymer thì mật độ tăng, độ cứng và độ bền tăng, khả năng chịu nhiệt tăng. Nếu polymer ở trạng thái trong suốt thì khi ở trạng thái tinh thể nĩ sẽ trở nên mờ đục Hình trên: Các vùng tính thể trong polymer (a) dạng tinh thể phân tử dài được trộn một cách ngẫu nhiên cùng với vật liệu vơ định hình (b) dạng mạch lá , đây là dạng tiêu biểu của các vùng tính thể hĩa c/ Phân lọai theo cấu trúc tinh thể Cấu trúc tinh thể 3.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO 54 Tinh thể PE 4/8/2010 28 • Ứng suất bền (σu) và mơ đàn hồi (E) crystalline region c/ Phân lọai theo cấu trúc tinh thể Cấu trúc tinh thể 3.2 PHÂN LOẠI CHẤT DẺO thường tăng theo % tinh thể amorphous region •Các yếu tố ảnh hường đến việc tinh thể hĩa9Tốc độ nguội nhiệt độ khuơn9Nhiệt độ xy lanh9Áp suất phun9Tốc độ kéo và xoay sợi: Đĩ là nguyên nhân tạo sự tinh thể hĩa khi chế tạo các sợi nhựa nhiệt dẻo khi chịu tác dụng của ứng suất kéo để tinh thể hĩa cao su POLYMER BÁN TINH THỂ MƠ HÌNH HĨA HỌC 4/8/2010 29 Tốc độ tinh thể : Kết quả của mức độ tinh thể trong vật liệu bán tinh thể phụ thuộc chính vào nhiệt độ trong suốt quá trình tinh thể hĩa ốc đ ộ tin h th ể hĩ a Tố Tg TmNhiệt độ(oC) h th ể hĩ a (% ) 20 30 40 Kết quả mức độ tinh thể hĩa đối với một loại polymer nhất định nhìn chung được dùng thuật Co oli ng Qu en ch ing M ứ c độ ti nh Tốc độ làm nguội(oC/s) 10 0 0.01 0.1 1.0 10 100 ngữ chung là tốc độ làm nguội (cooling rate). S low CÁC LOẠI POLYMERS • Các vật liệu vơ định hình và bán tinh thể • LDPE Crystalline• PVC Amorphous • HDPE Crystalline • PP Crystalline • PET Crystalline • PBT Crystalline • Polyamides Crystalline • PMO Crystalline • PS Amorphous • Acrylics Amorphous • ABS Amorphous • Polycarbonate Amorphous • Phenoxy Amorphous • PPO Amorphous • PEEK Crystalline • PPS Crystalline • PTFE Crystalline • LCP (Kevlar) Crystalline • SAN Amorphous • Polyacrylates Amorphous 4/8/2010 30 4. CÁCH CẤU TẠO POLYMER 4/8/2010 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU PGS. TS.THÁI THỊ THU HÀ 59 a/ CÁC BƯỚC TRÙNG HỢP 4/8/2010 CN VẬT LIỆU NHỰA VÀ KM .PSG TS THÁI THỊ THU HÀ 60 4/8/2010 31 a/ CÁC BƯỚC TRÙNG HỢP • Hầu hết các polymer đang sử dụng trong kỹ thuật đều được tổng hợp. Nĩ thường được tạo ra bằng các quá trình hĩa học a/ CÁC BƯỚC TRÙNG HỢP • Các Polymer được tổng hợp bằng cách các phân tử nhỏ với nhau thành cn tử rất lớn được gọi là đại phân tử, các quá trình này cĩ cấu trúc chuỗi • Các cụm nhỏ được gọi là monomers, thơng thường đ iả là á hâ tử hữ í d h th l 4/8/2010 CN VẬT LIỆU NHỰA VÀ KM .PSG TS THÁI THỊ THU HÀ 62 ơn g n c c p n u cơ v ụ n ư e y ene C2H4 4/8/2010 32 a/ CÁC BƯỚC TRÙNG HỢP Các ví dụ về Monomers: Monomer Mer Polyethylene or Polythene Monomer PolypropyleneMer 9 Quá trình hình thành (hoặc tổng hợp) mạch polymer rất dài được gọi là quá trình trùng hợp (polymerization). i) Cơ chế phổ biến nhất của quá trình trùng hợp là phối hợp (nghĩa là gấp hai hoặc gấp ba ) các nguyên tử các bon của monomer cĩ khả năng nối với các monomer láng giềng ( kế cận ) ii) Cơ chế ít phổ biến hơn là ngưng tụ ( condensati