VẬT LIỆU HỮU CƠ POLYMER (Cơ học ứng dụng)

CHƯƠNG 8. VẬT LIỆU HỮU CƠ POLYMER 304 8.1. Khái niệm về Polymer 304 8.2. Đặc điểm của vật liệu hữu cơ 306 8.3. Các loại polyme thông dụng và công dụng: 309 CHƯƠNG 8 VẬT LIỆU HỮU CƠ POLYMER 304 8 1 Khái niệm về Polymer 304 8 2 Đặc điểm của vật liệu hữu cơ 306 8 3 Các loại polyme thông dụng và công dụng 309 CHƯƠNG 8 VẬT LIỆU HỮU CƠ POLYMER 8 1 Khái niệm về.

CHƯƠNG VẬT LIỆU HỮU CƠ - POLYMER 8.1 Khái niệm Polymer 8.2 Đặc điểm vật liệu hữu 8.3 Các loại polyme thông dụng công dụng: CHƯƠNG VẬT LIỆU HỮU CƠ - POLYMER 8.1 Khái niệm Polymer 8.1.1 Định nghĩa: Polymer( gọi cao phân tử ) phân tử nhiều hợp phần ( xuất phát từ tiếng Hy lạp cổ) - Theo định nghĩa liên hiệp quốc tế hóa ứng dụng: Polyme hợp chất gồm phân tử hình thành lặp lại nhiều lần loại hay nhiều loại nguyên từ hay nhóm nguyên tử, liên kết với với số lượng lớn để tạo nên loại tính chất mà chúng thay đổi khơng đáng kể lấy thêm vào vài đơn vị cấu tử 8.1.2 Phân loại Polyme: Có nhiều cách phân loại khác nhau: 8.1.2.1 Theo nguồn gốc hình thành: - Polyme thiên nhiên: Có nguồn gốc thực vật hay động vật Xenlulo, enzim, cao su, amiang, graphit thiên nhiên, - Polyme tổng hợp nhân tạo: sản xuất từ loại manome cách trùng hợp, trùng ngưng loại polyephin, polyvinylclorit, polyamit cao su nhân tạo, nhựa epoxy Đây loại quan trọng sử dụng rộng rãi thực tế 8.1.2.2 Theo thành phần: - Polyme hữu cơ: polyme có mạch hydrocacbon ( chất dẻo cao su) - Polyme vô cơ: Là polyme mà mạch chúng khơng có hydrocacbon Thành phần polyme vơ Ơ xyt silic, ô xyt nhôm, ô xyt canxi, ô xyt magie - Polyme hữu phân tử ( có phần hữu cơ): mạch chúng chứa nguyên tử vô cơ: Si, Ti, Al nối với gốc hữu Metyl (CH3), Phenol (- C6H5), etyl (- C2H5) 8.1.2.3 Theo cấu trúc (hình dáng đại phân tử) - Polyme mạch thẳng : đại phân tử chuỗn mắt xích nối liền theo đường dích dắc hay hình xoắn ốc (loại có polyetylen PE, Polyamid PA, polystyrn) - Polyme mạch nhánh: loại mạch thẳng đại phân tử có thêm nhánh xếp chặt chẽ dẫn đến tỷ trọng polyme giảm (Polyizobutylen ) - Polyme khơng gian: Các monome có ba nhóm hoạt động tạo nên polyme khơng gian ba chiều, có tính lý, nhiệt đặc biệt (nhựa epoxy, phenol formalđehyt) - Polyme mạng lưới: Các mạch cạnh polyme nối với liên kết đồng hóa trị, cao su lưu hóa Hình 8.1 Cấu trúc khái quát polyme a.Polyme mạch thẳng b Polyme mạch nhánh c Polyme mạng lưới d Polyme mạng không gian 8.1.2.4 Phân loại theo tính chịu nhiệt a Polyme nhiệt dẻo (thermoplastic): Thường polyme mạch thẳng, nhiệt độ định tác dụng lực phần tử trượt lên có nghĩa vật liệu dẻo, dễ nóng chảy, nhiệt độ thấp lại rắn trở lại Gọi polyme nhiệt dẻo nhiệt độ tăng tính dẻo tăng, polyme hịa tan dung môi, dễ gia công , dễ tái sinh Polyme nhiệt dẻo loại polyme có giá trị thương mại quan trọng b Polyme nhiệt rắn (thermoset): Là polyme hay oligome (Polyme có khối lượng phân tử khơng cao lắm) chúng thường có cấu trúc khơng gian Được chế tạo từ polyme mạch thẳng, nhánh bé nấu chảy, cho thêm vào chất đóng rắn  tạo hình tác dụng xúc tác chất đóng rắn  chuyển thành mạch khơng gian khơng thuận nghịch Khác polyme nhiệt dẻo, polyme nhiệt rắn nhiệt độ cao khơng bị chảy mềm hay nóng chảy khơng hịa tan vào dung mơi thành polyme nhiệt rắn, khơng có khả tái sinh, khơng gia cơng 8.1.3 Tính chất polyme: a Tính nóng chảy hòa tan: Do khối lượng phân tử lớn nên polyme khơng thể biến sang trạng thái khí Khi nung nóng chúng khơng thể chuyển thành chất lỏng có độ nhớt thấp (sền sệt) Nếu trọng lượng phân tử lớn độ phân cực mạnh chúng khơng hịa tan dung mơi b Cơ tính polyme Cơ tính polyme phụ thuộc vào cấu tạo, nhiệt độ trạng thái vật lý - Biến dạng tác dụng lực Mô đun đàn hồi, giới hạn bền kéo, tính dẻo độ giãn dài polyme xác định tương tự kim loại σ b kéo khoảng 100MPa, độ giãn dài tương đối cực đại khoảng 1000% (kim loại tối đa 100%) Khi nhiệt độ tăng mô đun đàn hồi giảm, độ bền kéo giảm, độ dẻo tăng - Polyme nhẹ, bền nên độ bền riêng lớn, chịu ăn mòn tốt - Polyme không dẫn nhiệt, không dẫn điện - Tăng tốc độ biến dạng làm tăng tính dẻo biến dạng dị hướng - Độ bền mỏi: Có thể bị phá hủy mỏi tác dụng tải trọng có chu kỳ, nhiên giới hạn mỏi nhỏ nhiều so với kim loại - Độ dai va đập: phụ thuộc vào điều kiện tác dụng lực va đập, nhiệt độ kích thước mẫu Nhìn chung độ dai đập polyme nhỏ - Độ bền xé: lượng cần thiết để xé rách mẫu có kích thước theo tiêu chuẩn, quết định khả làm việc bao bì, vỏ bọc dây điện c Các tính chất khác: - Tính chất lão hóa: tượng độ cứng tăng dần, dần tính đàn hồi dẻo dẫn tới polyme bị giịn, cứng nứt vỡ theo thời gian Thơng dụng xy hóa polyme xy khí - Khối lượng riêng: khơng cao 0.9 ÷ 2,2 G/cm2 tùy loại - Độ bền riêng (độ bền kéo/ khối lượng riêng): số polyme lớn kim loại (Nylon 6,6 có độ bền riêng 71km) - Tính chất nhiệt: Dẫn nhiệt thấp, thường làm chất cách nhiệt dạng bọt, mút - Tính chất điện: Điện trở suất cao 10 15 ÷ 1018 Ω/cm chất cách điện tuyệt vời - Tính chất quang: số polyme truyền ánh sáng Muốn chúng phải dạng vô định hình ( Poly cacbonat PC truyền sàng 80%, Polyeste PET truyền sáng 90%) 8.2 Đặc điểm vật liệu hữu 8.2.1 Hình thành vật liệu polyme - Nguyên vật liệu ban đầu cho vật liệu polyme Ngày cơng nghiệp hóa dầu cung cấp ngun liệu sản xuất polyme hóa dầu  tăng cơng nghiệp polyme  kích thích cơng nghiệp hóa dầu Ba phương pháp để sản xuất hợp chất trung gian này: + Tách bua hydro riêng biệt dầu mỏ sau chuyển thành hợp chất cần thiết: n- butan = butaduen xyclohexan monome nylon + Tạo olefin trình cracking  hydro cacbon mạch thẳng + Tạo hợp chất thơm: Benzen trình Platforming  hydro cacbon thơm hợp chất trung gian tạo phương pháp  oxy hóa, halogen hóa, hydrat hóa  hợp chất khác - Các phương pháp tổng hợp polyme Phương pháp trùng hợp: Các monome dùng để trùng hợp hợp chất đơn giản có khối lượng phân tử thấp, có chứa nối đơi ví dụ n(CH2= CH2) CH2= CH2  - CH2 - CH2Đa số polyme nhiệt dẻo trùng hợp theo phương pháp Để trùng hợp phải có tác nhân: tia giàu lượng, nhiệt dùng chất khởi tạo chế trùng hợp dùng chất khởi tạo qua ba giai đoạn: - Khởi đầu: tạo gốc tự beroxytbenzoil: Các gốc tự (R*) kết hợp với mono me tạo gốc tự mới: Giai đoạn phát triển: Các gốc tự hình thành giai đoạn mở đầu tiếp tục phản ứng với monome tạo gốc tự có mạch dài độ hoạt động hóa học tương tự phản ứng lặp lại hàng ngàn lần vài giây số monome tham gia vào gốc cao phân tử phụ thuộc vào điều kiện phản ứng yêu cầu sản phẩm Giai đoạn kết thúc có nhiều cách kết thúc: ví dụ: kết hợp hai gốc tự phát triển thành phân tử polyme Phan ứng chuyển mạch với chất biến đổi dung mơi, chất ổn định, chất điều hòa khối lượng phân tử Ví dụ dùng chất điều hịa mạch RY Trong phản ứng mạch cao phân tử ngừng phát triển (điều hịa mạch) khơng làm giảm nồng độ gốc tự vận tốc trùng hợp khơng giảm 2.Phản ứng trùng ngưng Khác với phản ứng trùng hợp xảy nối đôi monome (tách liên kết đôi), phản ứng trùng ngưng xảy nhóm chức khác monome Ví dụ: Sản xuất polyeste từ diaxit diol Như nhóm axit phản ứng với nhóm hydroxyl tạo liên kết este với sản phẩm phụ nước Phân tử tạo thành có hai nhóm chức – OH –H cuối mạch Chúng lại phản ứng tiếp đạt khối lượng phân tử cần thiết [- OC –R1 – CO – O – R2- CO - ]n Polyeste mạch thẳng polyamit (nylon ) sản xuất phương pháp trùng ngưng diamin diaxit [- NH –R1 – NH – CO – R2- CO - ]n dùng chất xúc tác (kiềm axit ) cuối phản ứng dùng chân không để tách nước sản phẩm phụ có khối lượng phân tử thấp Khác phản ứng trùng hợp xảy nhanh ( vài giây ) phản ứng trùng ngưng xảy bậc thời gian dài 8.2.2 Phân tử polyme: Phân tử polyme gọi cao phân tử Nói chung gồm có mạch gồm nguyên tử cacbon hai hóa trị liên kết với hai ngun tử cacbon bên cạnh, cịn hai hóa trị cịn lại liên kết với ngun tử nhóm nguyên tử tạo thành nhánh bên mạch Ví dụ polyetylen [C2H4]n Đơn vị cấu trúc mắt xích đơn vị cấu trúc C 2H4 thực tế góc liên kết ngun tử cacbon khơng phải 1800 mà 1090 khoảng cách hai nguyên tử cac bon 0,154nm đơn giản từ vẽ thẳng nguyên tử H thay nguyên tử Cl Polyvinylclorit (PVC) Thay nguyên tử H nhóm metyl (CH3) polypropylen (PP) Tất mắt xích giống PVC, PP, PE gọi homopolyme Thực tế để thay đổi tính chất polyme người ta trùng hợp hai hay nhiều monome sản phẩm gọi copolyme (Polyme đồng trùng hợp) 8.3 Các loại polyme thông dụng công dụng: 8.3.1 Chất dẻo: Là loại vật liệu có số lượng sản lượng cao 8.3.1.1 Khái niệm: Chất dẻo vật liệu polime có tính dẻo - Tính dẻo tính bị biến dạng chịu tác dụng nhiệt, áp lực bên ngồi giữ ngun biến dạng thơi tác dụng - Có số chất dẻo chứa polime song đa số chất dẻo có chứa thành phần khác polime bao gồm chất độn (như muội than, cao lanh, mùn cưa, bột amiăng, sợi thủy tinh…làm tăng số tính cần thiết chất dẻo hạ giá thành sản phẩm) chất dẻo hóa (làm tăng tính dẻo dễ gia cơng hơn) 8.3.1.2 Các chất dẻo nhiệt dẻo: Chất dẻo POLYETYLEN (PE) Nhựa polyetylen (PE) tổng hợp từ etylen va có cơng thức cấu tạo sau: Nhựa PE mơt polyme nhiệt dẻo, có độ cứng khơng cao, khơng mùi, khơng vị PE có cấu trúc tinh thể giống parafin Độ kết tinh không đạt 100% Phân tử PE có cấu trúc mạch sợi, ngồi có nhóm mạch nhánh Khi mạch nhánh nhiều dài độ kết tinh Những phần xếp không trật tự PE nằm vùng vơ định hình Khả kết tinh nhanh PE mắt xiachs ngắn 2,53A0 (1 A0 = 10-10m) độ cân đối cao Nhiệt độ tăng tỷ lệ pha vơ định hình tăng tăng nhanh gần tới nhiệt độ chảy mềm Tùy thuộc vào phương pháp sản xuất (áp suất nhiệt độ) mà nhựa PE có loại sau: Nhựa HDPE (high density PE – gọi PE tỷ trọng cao, PE cao áp ), LLDPE ( linear low density PE – gọi PE mạch thẳng tỷ trọng thấp ) - Tính chất học PE : phụ thuộc vào trọng lượng phân tử mức độ kết tinh Những màng mỏng PE ( LLDPE ) mềm đàn hồi cịn dày PE (HDPE) cứng Tính chất học PE phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng độ bền kéo uốn giảm rõ rệt Nhựa PE dày cứng chảy điều kiện nhiệt độ bình thường chịu tác dụng lực nhỏ thời gian dài - Ứng dụng PE: + Được sử dụng nhiều lĩnh vực công nghệ, kỹ thuật điện, điện tử, ngành cơng nghiệp hóa chất, dân dụng Từ PE sản xuất sản phẩm dây cách điện, ống dẫn, màng mỏng, sợi, túi đựng hóa chất, loại thùng chứa, chai lọ sản xuất sản phẩm gia dụng, sản xuất sản phẩm dạng cho nhu cầu đặc biệt +Bọc dây điện, dây cáp.PE có tính chất cách điện cao, độ thấm nước nhỏ, nên sử dụng rộng rãi để bọc dây điện nhiều lĩnh vực dây điện thoại, điện tín, đài thu phát, dùng cho điện cao tần Dùng dây điện bọc PE tốt nhiều so với bọc cao su, bọc PE vừa nhẹ, mềm mại chịu tác điện đánh thủng lớn với cao su Dây cáp điện bọc PE cho phép sử dụng với điện 8KV + Sản xuất ống dẫn: PE loại vật liệu sử dụng để chế tạo loại đường ống nhiều Vì ống PE khơng bị ăn mịn, Sức cản nhỏ có chất lỏng chảy qua, lắp ráp dễ dàng, mềm chịu lạnh tốt + Màng PE 2.Polypropylen (PP) Polypropylen hydrocacbua không no nghiên cứu nhiều Polypropylen tổng hợp từ Propylen Nguồn nguyên liệu để sản xuất dầu hỏa Polypropylen có cấu trúc hóa học sau:-(C3H6)n - Tính chất Polypropylen: Polypropylen sản xuất dạng bột hạt Tỷ trọng PP vào khoảng 0,90 ÷ 0,92 G/cm PP khơng mùi, khơng vị, khơng độc, PP có độ bóng cao, tính bám dính , PP có tính kháng nhiệt tốt PE đồng thời tính chất cách điện tính chất hóa học tốt + tính chất nhiệt học: PP có nhiệt độ nóng chảy cao (160 ÷ 180 0C) Nếu khơng có tác dụng ngoại lực PP giữ trạng thái kích thước ba chiều nhiệt độ gần 1500C + Độ bền hóa học: Ở nhiệt độ thường PP khơng hịa tan dung mơi hữu Nó trương nở hydrocacbua thơm hydrocacbua clorua hóa Nhưng nhiệt độ cao 800C , PP bắt đầu hòa tan hai lớp dung mơi + Tính chất học PP Dưới tác dụng tải trọng PP bị biến dạng có tượng chảy lạnh Nếu nhiệt độ tăng độ bền kéo PP giảm Nếu nhiệt độ 200C độ bền PP 55 ÷ 60N/mm nhiệt độ cịn lại ÷ 9N/mm2 PP loại vật liệu chất dẻo có tỷ trọng thấp nhất, độ bền kéo độ bền nhiệt PP vượt hẳn PE, số PVC mềm Tính chất ách điện bền với nước PP gần với loại PE Nhược điểm PP chịu nhiệt độ thấp từ (- đến – 150C) - Ứng dụng PP: loại vật liệu dẻo dùng nhiều lĩnh vực công nghiệp dân dụng Nguyên liệu PP thường chế tạo dạng hạt PP có trọng lượng phân tử cao, sử dụng để sản xuất loại sản phẩm ống, màng, dây cách điện, kéo sợi + Nắp chai nước ngọt, thân, nắp bút mực, hộp nữ trang, két bia, hộp đựng thịt + Dùng kháng hoá chất: chai lọ thuốc y tế, màng mỏng bao bì, ống dẫn, nắp thùng chứa dung môi + Dùng cách điện tần số cao: làm vật liệu cách điện tần số cao, tấm, vật kẹp cách điện + Dùng ngành dệt,… Sợi dệt PP, dép giả da nhà Nhựa POLYIZOBUTYLEN (PIB) - Tính chất nhựa PIB: trùng hợp theo cấu gốc tự hay ion Dưới tác dụng chất khơi mào, sản phẩm tạo hình có phân tử lượng khơng cao, trường hợp tốc độ phản ứng ngắt mạch tương đối lớn cản trở khơng gian nhóm gây nên - Nguyên liệu để sản xuất PIB izobutylen Monome ddowcj sản xuất cách nhiệt phân dầu hỏa Cơng thức hóa học PIB (-CH 2CH3CCH3- CH2 - CH3CCH3- CH2 - CH3CCH3- )n PIB vật liệu mềm dẻo giống cao su có cấu trúc mạng thẳng (sợi ) đầu nối đuôi Pha tinh thể dễ dàng bị phá hủy tăng nhiệt độ đến 50 ÷ 70 0C hoạc ngừng kéo căng, - Ứng dụng PIB ứng dụng nhiều cơng nghiệp hóa chất Nó dùng để làm lót, vật đệm màng bảo vệ chống ăn mòn, dây cách điện POLYSTYREN (PS) Nhựa PS sản xuất cách trùng hợp monome styren Do cơng thức hóa học Polystyen (- CH 2- CHC6H5- CH2-CHC6H5-CH2CHC6H5- ) Các dạng cấu tạo Polystyren Polystyren hay viết tắt PS, loại nhựa nhiệt dẻo, tạo thành từ phản ứng trùng hợp stiren PS loại nhựa cứng suốt, khơng có mùi vị, cháy cho lửa khơng ổn định PS khơng màu dễ tạo màu, hình thức đẹp, dễ gia công phương pháp ép ép phun (nhiệt độ gia công vào khoảng 180o đến 200oC) - Tính chất PS: loại nhựa cứng suốt, khơng có mùi, vị, cháy cho lửa sáng, có muội mùi khí ga PS bền vững axit hữu (HCl, H2SO4), ngồi PS cịn bền với nước, rượu, xăng, dầu thảo mộc dung dịch muối PS có phân tử lượng thấp giịn có độ bền kéo thấp Khi phân tử lượng tăng lên độ bền nhiệt tăng, nhiệt độ chảy mềm tăng độ giòn giảm Nếu đạt đến mức độ trùng hợp định tính chất học không thay đổi nhiều Giới hạnbền kéo giảm nhiệt độ tăng lên Độ dãn dài tương đối bắt đầu tăng đat tới nhiệt độ 80 0C Vượt nhiệt độ PS trở nên mềm dính tựa cao su Bởi PS dùng nhiệt độ thấp 800C PS có số tiêu tính chất học sau Nhiệt độ thủy tinh hóa nhựa PS 80 – 85 0C lớn nhiệt độ PS chuyển sang trạng thái mềm cao, trạng thái trì khoảng từ 80 0C đến 1500C Như nhiệt độ làm việc cho phép nhựa PS 70 – 75 0C PS có tính cách điện cao Tỷ trọng, g/ cm3 Độ bền, N/mm2 Khi kéo - Khi uốn - Khi nén Modun đàn hồi kéo, N/mm2 Độ dai va đập, KJ/m2 Độ cứng Brinel, N/mm2 Hệ số dãn dài Nhiệt độ biến dạng tải trọng 185N/cm2, 0C 1.05 ÷ 1.06 35 – 59 56 – 133 80- 112 (2,8 -3.5)103 12 – 20 140 – 160 (6 – )10-5 80 – 88 - Ứng dụng: Nhựa PS thường dùng làm hỗn hợp nhựa tẩm bọc dây cáp cao tần, sản xuất sản phẩm dùng kỹ thuật vơ tuyến điện, cịn dùng để chế tạo panel đèn, lõi cuộn trở kháng Polystyren PS công dụng làm hộp ắc quy, bảng điện nhà, đồ chơi tường nhà, dụng cụ gia đình POLYVINYLCLORIT (PVC) Nhựa PVC có cấu trúc hóa học sau: Trong mạch đại phân tử PVC nguyên tử clo xếp theo vị trí 1,3 có cấu tạo sau: - CH2- CHCl- CH2- CHCl- CH2 – CHCl – PVC dạng bột màu trắng trùng hợp từ đơn phân tử vinylclorit PVC tồn dạng huyền phù, nhũ tương, trùng hợp khối Các đại phân tử PVC có độ phân nhánh không cao, với cách chế tạo khác nhau, phân tử lượng trung bình chúng gần nhau, PVC nhựa vơ định hình nên suốt Tỷ trọng PVC vào khoảng 1.38 – 1.4G/cm 3, PVC khơng độc 10 độc phụ gia cho thêm vào, PVC chịu va đập kém, để tăng cường tính chịu va đập cho PVC thường dùng chủ yếu chất sau: MBS (metacrylat butadien styren), ABS, CPE (Polyetylen clo hóa) EVA ( etylenvinylaxetat) với tỷ lệ từ – 15% - PVC vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ nhiệt độ > 140 0C bắt đầu phân hủy, đến nhiệt độ 1700C q trình phân hủy nhanh giải phóng HCl độ sẫm màu tăng dần từ trắng  vàng  da cam  đỏ nâu  đen - Một số chất phụ gia hay dùng cho PVC: + Chất độn: Đưa chất độn vào PVC nhằm làm giảm giá thành tăng độ cứng sản phẩm Đối với sản phẩm dạng màng mỏng khơng nên dùng chất độn có chất độn làm giảm tính chất màng Trong PVC thường dùng chất độn dạng bột mịn CaCO 3, BaSO4 với hàm lượng không 20% + Chất bôi trơn: Thường dùng loại Parafin, axit stearic để tránh nhính nhựa với bề mặt lịng xylanh, vít xoắn khn + Chất tạo màu: Thường dùng cadimi, màu nâu, oxit sắt, vàng cadimi, than đen dạng bột - Ứng dụng PVC: Khi chuyển hóa PVC thành vật liệu người ta tách làm hai nhóm PVC cứng PVC mềm + PVC cứng: chất dẻo sở nhựa PVC mà thành phần nóa chủ yếu bột PVC, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn phụ gia khác sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp hóa học để vận chuyển chất lỏng, chất khí thay cho ống thép, gang nhơm, chì, đồng nghành cơng nghiệp khác Nhược điểm PVC cứng nhiệt độ làm việc thấp đến 60 0C, biến dạng dài tương đối lớn, giòn nhiệt độ thấp làm việc lâu dài khả chịu tải thấp Ống dẫn PVC cứng lắp ghép với phương pháp hàn, dán mối ghép mặt bích ghép ren Có thể dùng ống PVC cứng để dẫn nước, xăng dầu, khí nhiệt độ không 60 0C Nhựa PVC cứng phù hợp dùng thiết bị thông gió, chế tạo ống dẫn, cánh quạt +PVC mềm: có chất hóa dẻo để sản xuất sản phẩm có tính chất mềm mại, có độ dẻo hạ thấp nhiệt độ Loại vật liệu phù hợp gia công sản phầm màng mỏng, lớp phủ, bột nhão, nhựa xốp, vải giả da NHỰA POLYAMID (PA), NYLON PA sản phẩm trình trùng ngưng axit amin hợp chất Trong cơng nghiệp chất dẻo tồn nhóm polyamid sau đây: + Sản phẩm trình trùng ngưng axit amin có dạng: [ - NH(CH2)X- CO - ]m x= ta có PA6 ; x = 10 ta có + Sản phẩm q trình trùng ngưng diamin dicacbonaxit có cấu trúc: [ - NH(CH2)XNH- CO(CH2)yCO - ]n x = 6, y = ta có PA6.6 Nếu x = 6, y = ta có PA6.10 - Tính chất PA: Polyamid chất dẻo có màu vàng nhạt, đục mờ nóng chảy khoảng nhiệt độ có giới hạn hẹp Ví dụ nhiệt độ nóng chảy số loại PA sau: 11 PA6: 210 – 2150C PA6.6 :186 – 1870C PA11: 255 - 2640C PA6.10 : 215 – 2230C PA khơng hịa tan chất hịa tan bình thường cồn, este, xeton, hydrocacbon, lại hịa tan chất hịa tan lỏng có độ phân cực lớn nhưa phenol axit (axit sunfuric, axit axetic axit fomic), PA bền với dầu, mỡ, nước, nấm mốc Nếu nhóm CH2 tăng độ cứng PA giảm, mơ đun đàn hồi thấp Khi độ bền hóa học tính chất cách điện tăng Do khoảng nhiệt độ nhỏ PA dễ chảy lỏng, độ nhớt vật liệu nóng chảy thấp - Ứng dụng: Hiện PA dùng nhiều việc chế tạo sợi, chi tiết máy ổ trượt, bánh răng, Puly + Sợi PA vừa nhẹ, lại có độ bền ăn mịn cao, bề mặt ngồi đẹp dùng để sản xuất vải nhung, vải phủ bọc, cốt băng tải, bít tất loại, lưới đánh cá, làm mành cho lốp xe đạp, xe máy, oto máy bay Từ sợi PA dùng để chế tạo mành lọc chất kiềm trung tính, bện cáp, chão công nghiệp đánh cá hầm lò + Sản phẩm chống ma sát: Nhựa PA dùng nhiều nghành khí chế tạo loại chi tiết chịu ma sát, ổ trượt, vòng cách ổ lăn, trượt bánh + Các sản phẩm khác: PA dùng nhiều ngành dệt, ngành điện Để chế tạo bánh răng, bánh vít, trục vít, dụng cụ thể thao, thân van, ống chứa nhiên liệu, bánh đai, bầu lọc khí, trượt + Ngành nghề khác: Dùng làm thân bật lửa, gioăng ắc quy kiềm khơ, kính mũ bảo hiểm xe máy, vỏ hộp máy văn phòng, bánh xe ghế văn phòng, ghế tựa lưng, giầy trượt tuyết, cước câu cá vv, màng PA ngăn khí tốt, chịu dầu mỡ, chịu va đập nhiệt độ thấp, không dễ bị xuyên thủng, dung làm bao bì đựng thịt, thịt hun khói thực phẩm đơng lạnh ABS (Ayrylonitrile butadiene styrene) (C8H8.C4H6.C3H3N)n Tính chất: ABS cứng, rắn khơng giòn, cân tốt độ bền kéo, va đập, độ cứng bề mặt, độ rắn, độ chịu nhiệt tính chất nhiệt độ thấp đặc tính điện giá tương đối rẻ Tính chất đặc trưng ABS độ chịu va đập độ dai Có nhiều ABS biến tính khác nhằm cải thiện độ chịu va đập, độ dai khả chịu nhiệt Khả chịu va đập không giảm nhanh nhiệt độ thấp Độ ổn định tải trọng tốt, ABS chịu nhiệt tương đương tốt Acetal, PC nhiệt độ phòng Khi không chịu va đập, hư hỏng xảy uốn nhiều dịn Tính chất vật lý ảnh hưởng đến độ ẩm mà ảnh hưởng đến ổn định kích thước ABS Kỹ thuật gia cơng: Thường sử dụng phương pháp ép phun, độ co ngót thấp nên sản phẩm xác Phun nhanh dẫn đến định hướng polymer nóng chảy ứng suất đáng kể mà trường hợp cần tăng nhiệt độ khn Nhựa ABS làm dạng tấm, profile đùn, màng ABS có gia cường sợi thuỷ tinh thích hợp cho đùn thổi Thơng số gia công: 12 Nhiệt độ nguyên liệu: 200-280OC Nhiệt độ khuôn: 40 – 85OC Áp suất phun: 600 – 1800 bar Ứng dụng: ABS kết hợp đặc tính điện khả ép phun không giới hạn giá phải chăng, ứng dụng sản phẩm cách điện, kỹ thuật điện tử thông tin liên lạc (vỏ linh kiện bên trong) Trong kỹ thuật nhiệt lạnh: Là vỏ bên trong, cửa vỏ bọc bên chịu va đập nhiệt độ lạnh Các sản phẩm ép phun vỏ bọc, bàn phím, sử dụng máy văn phịng, máy ảnh… Trong cơng nghiệp xe: Làm phận xe hơi, xe máy, thuyền… Trong công nghiệp bao bì, đặc biệt dùng cho thực phẩm, sản phẩm ép phun, thùng chứa màng, mũ bảo hiểm đồ chơi 8.3.1.3 Các chất dẻo nhiệt rắn: - Nhựa phenol formaldehid (PF) PF chất dẻo nhiệt rắn phản ứng trùng ngưng phenol formaldehid tạo ra.OHTùy theo tỷ lệ mol phenol formaldehyd (Ph/F) mơi trường phản ứng, ta thu nhận hai loại: nhựa rezol nhựa novolac CH2 - Nhựa Rezol: với tỉ lệ mol Ph/F < phản ứng xảy môi trường kiềm thường dùng NH3 ta thu nhận chất lỏng màu vàng nâu nâu sẫm Nhựa tự đóng rắn có nhiệt Q trình tựOH đóng rắn xảy theo sơ đồ sau: rezol →rezitol (đặc sệt khơ, khơng nóng chảy, khơng hịa tan , trương nở dung mơi) → rezit (cứng, giịn khơng nóng CH2 chảy, khơng hịa tan +C = O hồn tồn) phản ứng tạo rezol sau: H CH2OH Rezol du CH2O OH Dd NH3 H Rezit …CH2 CH2 … CH2 OH CH2 … OH CH2 + CH2O T0 tang 13 …CH2 OH ** * OH * Chỉ trạng thái rezit nhựa PF có tính chất sử dụng cần thiết (độ bền cơ, (n =tính - 8)cách điện, bền vững hóa học, bền vững với nhiệt độ ) Rezit bền vững với môi trường nước, axit yếu, xăng dầu dung môi hữu Trong môi trường CH2 bị phân hủy đoản mạch kiềm - Nhựa novolac: với tỷ lệ mol Ph/F > sử dụng chất xúc tác axit: HCl, Osalic hình thành dioxidiphenyl metan hợp chất kết hợp với phenol Phenolloại dư nhựa trong, cứng giòn màu vàng nâu, gọi andehid hình thành +CH = O novolac HCl OH H Novolac nhựa nhiệt dẻo nóng chảy tăng nhiệt độ giống chất dẻo nhiệt dẻo Nó nóng chảy nhiệt độ 100 – 200 0C tan axeton chất dung mơi khác Đặc tính quan trọng phenolformaldehyd khả phối hợp với chất độn gia cường khác hình thành lớp chất dẻo phenol sử dụng rộng rãi kỹ thuât radio, điện tử , hàng khơng ,cơng nghiệp tơ, có số độ bền, độ dai va đập vật liệu.Nhưa phenolformandehid kết hợp với loại amiang để hình thành vật liệu ma sát, chế tạo chi tiết chống ăn mịn - Nhựa Polyeste khơng no Nhựa polyeste khơng no thuộc nhóm chất dẻo có khả tạo thành mạng khơng gian nhờ có nhóm phản ứng – COO – CH = CH – COO- mạch Nhựa polyeste khơng no tạo thành dạng rắn, thông thường sử dụng dạng dung dịch với styren (30 – 40%) Styren vừa dung môi lại vừa tác nhân khâu mạch Nhựa polyeste dùng làm vật liệu cho vật liệu Composide để chế tạo sản phẩm có kích thước lớn nhỏ khác nhau: từ vỏ ô tô, cano, tàu thủy cỡ nhỏ, đến chi tiết công nghiệp dân dụng 14 Nhựa polyeste khơng no có ưu điểm: cứng, ổn định kích thước, khả thẩm thấu với chất độn gia cường tốt, dễ vận hành gia công chống nhiều tác dụng mơi trường hóa học, giá thành hạ Nhược điểm polyeste không no là: dễ bị nứt làm việc đặc biệt có tải trọng động, độ co ngót cao, khoảng – 10 %, khả chịu nước nóng kém, dễ bị hư hại tác dụng tia cực tím, dễ bắt lửa, chịu nhiệt độ trung bình 1200C polyeste khơng no, dễ cháy Để làm giảm khả cháy nhựa cần cho vào chất có nguồn gốc vơ hữu oxit angtimol, parafin có chứa clo, PVC số loại hợp chất chứa photpho NHỰA EPOXY Nhựa epoxy chưa đóng rắn có cấu trúc mạch thẳng (mạch sợi ) dạng chất lỏng đặc sệt Sau đóng rắn có cấu trúc vi mơ dị thể dạng hình cầu hình thành cấu trúc quan sát thấy pha lỏng giai đoạn đóng rắn ban đầu Kích thước phần tử hình cầu phụ thuộc vào thành phần tổ hợp điều kiện đóng rắn ( kích thước phân tử giảm tang nhiệt độ ) Khi giảm kkichs thước phân tử hình cầu tích chất cách điện tăng Khoảng cách mắt lưới khâu mạch giảm làm tăng nhiệt độ thủy tinh hóa, tăng độ bền nén, tăng độ bền hóa học, tăng khả chịu nhiệt độ giòn vật liệu tăng theo Nhựa epoxy bình thường dạng chất lỏng đặc sệt, tác dụng với chất đóng rắn chuyển sang trạng thái khơng nóng chảy, khơng hịa tan có cấu trúc mạch khơng gian ba chiều Nhựa epoxy chưa đóng rắn sở dioxidifenilpropan sản phẩm nhiệt dẻo có màu vàng nâu, có độ nhớt tử chất lỏng đến cứng giịn Nó dễ hịa tan xeton, este, diocxan, clobenzen, đặc biệt dễ tan metyletylxeton, metylxiclohexanol Nhựa có phân tử lượng thấp tan cồn hydrocacbon thơm cịn nhựa có phân tử lượng cao không tan hai chất Khi nhựa hịa tan dung mơi để thời gian dài khơng bị thay đổi tính chất Nhựa có phân tử lượng thấp dùng làm keo, sản phẩm đúc chế tạo vật liệu Composit, cịn nhựa có phân tử lượng cao dùng để chế tạo sơn, lớp phủ bảo vệ Nhựa epoxy trạng thái đóng rắn có số mạch ngang khơng nhiều nằm đoạn dài chúng, đoạn mạch nối với dao động Chính lý mà nhựa epoxy có độ bền uốn cao khơng giịn nhựa phenoformaldehid đóng rắn Độ co nhựa epoxy nhỏ độ co nhựa phenolformaldehyd nhựa polyeste không no Ưu điểm nhựa epoxy: Có độ ổn định kích thước cao, có tính cao nhựa polyeste khơng no, chịu nhiệt độ cao liên tục đến 150 0C lên đến 1900C Độ bền hóa học cao, độ co ngót thấp (0,5 – 3%) Độ thảm thấu tốt với chất độn gia cường Độ bám dính tốt kim loại loại vật liệu khác Nhược điểm nhựa epoxy: Thời gian đóng rắn dài,d ễ bị nứt đóng rắn Tính chất nhựa epoxy thay đổi, cho thêm chất polyamid polysulfit phân tử lượng thấp với vai trò chất đóng rắn Giá thành cao nhiều với nhựa polyeste khơng no.Nhựa epoxy có đặc tính cao 15 hẳn với nhựa polyeste không no, nên người ta dùng nhựa epoxy ngành cơng nghiệp địi hỏi phải có độ bền học cao cơng nghiệp tàu thủy, máy bay, tên lửa, dùng làm keo dán kết cấu cơng trình, dùng chế tạo sản phẩm cách điện, dùng sơn chống ăn mòn 8.3.2 CAO SU ( Elastome): Cao su loại vật liệu kỹ thuật có đặc tính đặc biệt khả đàn hồi cao Cao su polyme hữu mà nhiệt độ thường trạng thái đàn hồi cao, khả biến dạng đàn hồi nhiệt độ phịng đến 100% Mơ đun đàn hồi thấp E = – 10N/mm Cao su chịu kéo tốt chịu nén Cao su không thấm khí, khơng thấm nước, ổn định mơi trường tẩy rửa, cách điện tốt, có tỷ trọng thấp Quá trình biến đổi cấu trúc mạch phân tử, chuyển từ mạch sợi sang mạch lưới thưa gọi trình lưu hóa Chất hỗ trợ cho q trình gọi chất lưu hóa, phổ biến lưu huỳnh S Khi cho lưu huỳnh vào cao su, nguyên tử lưu huỳnh (S) hóa trị tách mối nối đôi nguyên tử cacbon mạch để nối mạch cao su với theo hướng cắt ngang, nguyên tử lưu huỳnh đóng vai trò cầu gữa mạch phân tử dạng sợi cao su, nhận cấu tạo mạch khơng gian gọi cao su lưu hóa (hay cao su lưu hóa phản ứng cao su với lưu huỳnh nhiệt độ đủ cao không thuận nghịch để tạo cấu trúc lưới thưa) Khi hàm lượng lưu huỳnh – 5% polyme tạo thành cao su mạch lưới thưa, có tính chất mềm, đàn hồi cao Tăng lượng lưu huỳnh mạch không gian cao su trở nên dày đặc hơn, tính chất cao su cứng lượng lưu huỳnh tối đa 30% cao su bị bão hòa lưu huỳnh tạo nên vật liệu cứng, không đàn hồi gọi ebonit Cao su chưa lưu hóa mềm, dính, độ bền thấp Sau lưu hóa độ bền, tính đàn hồi, tính bền hóa học tăng lên trở thành polyme nhiệt rắn Lượng lưu huỳnh tăng tăng cứng giảm độ dãn dài nên dùng từ đến 5% Ví Dụ : Đối với cao su thiên nhiên chưa lưu hóa , có độ bền học σ b = 10 – 15N/mm2, sau lưu hóa học σb = 35N/mm2 đồng thời tăng độ cứng va tăng tính chống mài mịn Hiện ngành công nghiệp sử dụng hai loại cao su : Cao su thiên nhiên cao su tổng hợp Thông dụng loại cao su tổng hợp: Cao su Styren – Butadien (SBR), nitrit – Butadien (NBR), cao su silicon - Polyisopren tên thương mại cao su tự nhiên (NR) công dụng: Săm, lốp, ống, đệm 16 - copolymestyren – Butadien: tên thương mại buna S công dụng: Săm lốp, ống , đệm - Copolyme acrilonitrit – butadien: công dụng làm ống mềm dùng dầu hỏa, hóa chất, dầu mỡ, đế gót giày - Clopren cơng dụng : Bọc dây cách điện, thiết bị hóa chất, băng chuyền, loại ống, đệm - PolySiloxan: tên thương mại silicon công dụng làm cách điện nhiệt độ cao, thấp dùng y tế 17 ... 8.2 Đặc điểm vật liệu hữu 8.2.1 Hình thành vật liệu polyme - Nguyên vật liệu ban đầu cho vật liệu polyme Ngày công nghiệp hóa dầu cung cấp nguyên liệu sản xuất polyme hóa dầu  tăng cơng nghiệp... đồng trùng hợp) 8.3 Các loại polyme thông dụng cơng dụng: 8.3.1 Chất dẻo: Là loại vật liệu có số lượng sản lượng cao 8.3.1.1 Khái niệm: Chất dẻo vật liệu polime có tính dẻo - Tính dẻo tính bị biến... PIB vật liệu mềm dẻo giống cao su có cấu trúc mạng thẳng (sợi ) đầu nối đuôi Pha tinh thể dễ dàng bị phá hủy tăng nhiệt độ đến 50 ÷ 70 0C hoạc ngừng kéo căng, - Ứng dụng PIB ứng dụng nhiều cơng