Dự án xác định, đánh giá tính chất và đặc trưng của sản phẩm polymer xác định độ bền nén và khả năng chịu môi trường

Đảm bảo rằng các bề mặt cuối của mẫu thử song song với cácbề mặt của các tấm nén và điều chỉnh máy sao cho các bề mặt của các đầu của mẫu thửvà tấm nén vừa chạm vào nhau.Bước 3: Đặt tốc

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA

DỰ ÁN XÁC ĐỊNH, ĐÁNH GIÁ TÍNH CHẤT

VÀ ĐẶC TRƯNG CỦA SẢN PHẨM POLYMER-XÁC ĐỊNH

ĐỘ BỀN NÉN VÀ KHẢ NĂNG CHỊU MÔI TRƯỜNG

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2

1.1 Mục đích của phân tích nhựa [] 2

1.2 Phân tích nhựa bằng phương pháp đo độ bền nén [] 2

1.3 Phân tích nhựa bằng phương pháp đo khả năng chịu môi trường của nhựa [] 4

CHƯƠNG 2: TIÊU CHUẨN ĐO, NGUYÊN TẮC VẬN HÀNH, QUY TRÌNH ĐO .6

2.1 Nguyên tắc vận hành 6

2.2 Tiêu chuẩn đo ISO 604[] 6

2.3 Tiêu chuẩn đo ASTM D695[] 7

2.4 Quy trình vận hành thiết bị đo 9

3.1 Các yếu tố bên trong ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của polymer 10

3.1.1 Cấu trúc phân tử 10

3.1.2 Khối lượng phân tử [] 10

3.1.3 Nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh 11

3.2.2 Phụ gia và chất độn [] 16

3.2.3 Môi trường 18

3.2.3.1 Môi trường nước [] 19

3.2.3.2 Môi trường bazo 20

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ 22

4.1 Đo độ bền uốn 22

4.1.1 Chuẩn bị mẫu 22

4.1.2 Kích thước mẫu 22

4.1.3 Cách tiến hành 22

4.1.3.1 Chuẩn bị 22

4.1.3.2 Quy trình thử nghiệm 23

4.1.4 Kết quả và tính toán 23

4.1.4.2 Tính toán 24

4.2 Đo độ bền va đập 25

4.2.1 Chuẩn bị mẫu 25

4.2.2 Kích thước mẫu 25

4.2.3 Cách tiến hành 26

4.2.4 Kết quả 26

TÀI LIỆU THAM KHẢO 29

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Sơ đồ phân tích nhựa bằng phương pháp đo độ bền nén 3

Hình 1 2 Sơ đồ quy trình phân tích khả năng chịu môi trường 4

Hình 2 1 Đường cong ứng suất/ biến dạng điển hình 6

Hình 3 1 Đường cong ứng suất-biến dạng ở nhiệt độ phòng đối với mẫu PC 12

Hình 3 2 Đường cong ứng suất-biến dạng của thanh Hopkison cho các mẫu PC trong một phạm vi nhiệt độ 13

Hình 3 3 Mô-đun lưu trư và tan δ cho PC ở tần số 1, 10 100Hz 13

Hình 3 4 Đồ thị ứng suất cực đại và tốc độ biến dạng ở 21oC 14

Hình 3 5 Đồ thị ứng suất cực đại theo nhiệt độ 15

Hình 3 6 Sự biến đổi ứng suất cực đại theo nhiệt độ sự thay đổi của ứng suất cực đại với tốc độ biến dạng ánh xạ vào nhiệt độ 15

Hình 3 7 So sánh dữ liệu từ Blumenthal và từ nghiên cứu hiện tại, tất cả đều được ánh xạ tới tốc độ biến dạng 5500 sK1 16

Hình 3 8 Ảnh hưởng của hàm lượng độn đến độ bền nén và độ cứng của vật liệu composite 17

Hình 3 9 Ảnh hưởng của hàm lượng styren đến độ bền nén và độ cứng của vật liệu composite 18

Hình 3 10 Độ bền kéo (a) và độ bền uốn (b) của các mẫu composite trước và sau khi ngâm 30 ngày trong nước máy 20

Hình 3 11 Độ bền kéo (a) và độ bền uốn (b) của các mẫu composite trước và sau khi ngâm 30 ngày trong nước biển 21

Hình 3 12 Mô tả sự phân hủy của vật liệu composite trong môi trường kiềm 22

Hình 3 13 Bề mặt của vật liệu sau 60, 300 ngày trong dung dịch kiềm ở 20℃ 22

Hình 3 14 Bề mặt của vật liệu sau 60, 300 ngày trong dung dịch kiềm ở 60℃ 22

Hình 4 1 Máy đo độ bền uốn 22

Hình 4 2Các mẫu IPP-20 bị cong vênh sau khi đo 24

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 So sánh hai tiêu chuẩn đo 8

Bảng 4 1 Kết quả đo độ bền uốn trong thực nghiệm 25Bảng 4 2 Kích thước các mẫu và năng lượng va đập đo được ở phòng thí nghiệm 26Bảng 4 3 Độ bền va đập của từng mẫu (Đơn vị kJ/m2) 28

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành báo cáo này, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ban giámhiệu Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, khoa Hóa thuộc Trường Đại học BáchKhoa Đà Nẵng đã tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và nghiên cứu tàiliệu Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô PGS.TS Đoàn Thị Thu Loan-người đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng em thực hiện bài báo cáo này bằngtất cả lòng nhiệt tình và sự quan tâm sâu sắc

Trong quá trình thực hiện bài báo cáo này, do hiểu biết còn nhiều hạn chế nênkhó tránh khỏi những thiếu sót Chúng em rất mong nhận được những lời góp ý củaquý thầy cô để bài báo cáo ngày càng hoàn thiện hơn

bì, đồ dùng gia dụng, độ bền nén của nhựa cũng cần được xem xét để đảm bảo sảnphẩm không bị biến dạng hoặc hư hỏng trong quá trình sử dụng Việc xác định thànhphần nguyên tố, cấu trúc phân tử của một chất thông qua việc phân tích polyme để xácđịnh, đánh giá tính chất và đặc trưng của sản phẩm polymer nhằm để khắc phục nhữngkhuyết điểm trong sản phẩm và nâng cao hiệu suất của sản phẩm là mục tiêu quantrọng của bài báo cáo Các phương pháp thử nghiệm cơ học phổ biến nhất của polymerbao gồm các phép đo như: độ bền kéo, độ uốn, va đập, nén và các thí nghiệm để kiểmtra độ bền trong môi trường nước, base, acid Mà độ bền nén của nhựa là một trongnhững tính chất cơ học quan trọng nhất, quyết định khả năng chịu lực của nhựa dướitác dụng của lực nén cho nên nghiên cứu về độ bền nén của nhựa là một vấn đề cấpthiết, có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng và ứng dụng của nhựa.Trong bài báo cáo này, chúng em tập trung vào xác định độ bền nén và kiểm tra độ bềncủa polymer trong môi trường nước và base.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 1.1 Mục đích của phân tích nhựa [ 1 ]

Trong quá trình đo nén, điều quan trọng là phải xác định được mục tiêu phântích để đảm bảo rằng việc thực hiện thử nghiệm đưa ra được thông tin cần thiết vàchính xác Các mục tiêu chung bao gồm kiểm tra chất lượng sản phẩm, dự đoán/đánh giá các tính năng sử dụng, khảo sát sự phá hủy, tạo các giữ liệu thiết kế, đánhgiá tác động của các yếu tố môi trường và xác định tính chất chịu lực của vật liệu

+ Kiểm tra chất lượng sản phẩm: kiểm tra các tính chất yêu cầu đối với sảnphẩm để phát hiện những sai lệch trong quá trình sản xuất so với tiêu chuẩn đề ra, kịpthời điều chỉnh những sai lệch

+ Dự đoán/ đánh giá các tính năng sử dụng: dùng các phép đo liên quan đếnđiều kiện sử dụng để chứng tỏ với khách hàng về những tính năng sử dụng mới củasản phẩm Không nên sử dụng các phương pháp phức tạp để phân tích

+ Khảo sát sự phá hủy của polymer: để biết được nguyên nhân của sự phá hủy

từ đó tìm ra biện pháp khắc phục đồng thời lựa chọn phép đo phù hợp cần phải tìmhiểu trước về cơ chế phá hủy

+ Tạo các dữ liệu thiết kế: để hiểu các tính chất của một vật liệu trước khi lựachọn khi thiết kế sản phẩm, các phép thử theo chuẩn về hình dạng kích thước

+ Cung cấp thông tin để đánh giá ảnh hưởng của môi trường, như nhiệt độ và độ

ẩm, đến độ bền uốn và tính chất cơ lý của vật liệu Điều này quan trọng khi ứng dụngvật liệu trong môi trường khác nhau

+ Xác định tính chất chịu lực của vật liệu, quan trọng khi vật liệu cần chịu tảitrọng trong các ứng dụng thực tế

Tóm lại, việc xác định mục tiêu phân tích trong thử nghiệm đo nén rất quantrọng, để đảm bảo việc thử nghiệm mang lại thông tin chính xác và có ích cho mụctiêu nghiên cứu hoặc sản xuất

Đối tượng phân tích: Những loại nhựa dùng để phân tích là nhựa Polypropylene(PP), nhựa Poly(ethylene terephthalate) (PET), nhựa Polycarbonate (PC), nhựaPolystyrene (PS)

1.2 Phân tích nhựa bằng phương pháp đo độ bền nén [ 2 ]

Quy trình phân tích nhựa bằng phương pháp đo độ bền nén theo tiêu chuẩnASTM D695 được đề cập theo sơ đồ Hình 1.1

Hình 1 1 Sơ đồ phân tích nhựa bằng phương pháp đo độ bền nén

Bước 1 Chuẩn bị mẫu

Quy kích mẫu được đề cập ở Bảng 1 theo tiêu chuẩn ASTM D695 và ISO 604

Bước 2 Xử lí mẫu

Điều kiện thử nghiệm [3]

- Mẫu thử ở nhiệt độ 23 ± 2°C (73,4 ±3,6°F) và độ ẩm tương đối 50±5 % trongthời gian khoảng 40 giờ trước khi thử nghiệm

- Tốc độ thử nghiệm là tốc độ chuyển động tương đối của kẹp hoặc thiết bị thửnghiệm trong quá trình thử nghiệm Tốc độ thử nghiệm tiêu chuẩn là: 1,3±0,3 mm(0,050±0,010 in)/phút

Kiểm tra mẫu

- Mẫu thử phải không bị vênh, và hai mặt đối diện của chúng phải song song vàcác mặt cạnh kề phải vuông góc Tất cả các bề mặt và mép phải không có vết trầy, lỗ,lún và nhựa thừa

- Mẫu thử sẽ được kiểm tra xem có tuân thủ các yêu cầu này hay không bằngcách quan sát mắt trần đối với các cạnh thẳng, góc vuông và các tấm phẳng, và đobằng thước đo calipers

- Mẫu thử có sự chênh lệch đáng kể đối với một hoặc nhiều yêu cầu này sẽ bị loại

bỏ hoặc gia công lại thành kích thước và hình dạng đúng trước khi thử nghiệm

Bước 3 Thiết lập và kiểm tra thiết bị đo

Kiểm tra nén thường sẽ được thực hiện bằng máy kiểm tra đa năng Nó baogồm một bàn, một khung tải và các thanh trượt trên và dưới

Kích thước và loại máy sẽ phụ thuộc vào hạng mục đang kiểm tra (ví dụ: nhựađòi hỏi lực nén ít hơn nhiều so với kim loại hoặc bê tông) Các bộ phận cố định củamáy (tấm ép, cảm biến tải trọng và các phụ kiện khác) cần phải được lựa chọn và lắptheo vật liệu và hình dạng của mẫu

Đánh giá và

phân tích kết quả Ghi lại kết quả Thực hiện đo độ bền nén

Thiết lập và kiểm tra thiết bị đo

Xử lí mẫu Chuẩn bị mẫu

Máy kiểm tra đa năng cần được thiết lập và hiệu chuẩn theo yêu cầu của quytrình Điều này bao gồm việc đặt đúng cấu hình, kiểm tra và hiệu chuẩn thiết bị để đảmbảo tính chính xác của kết quả.

Bước 4 Thực hiện đo độ bền nén được được đề cập ở mục 2.3

Bước 5 Ghi lại kết quả

Kết quả của quá trình đo được ghi lại, bao gồm cả lực đàn nén tối đa mà mẫu cóthể chịu được trước khi bị biến dạng

Bước 6 Đánh giá và phân tích kết quả

Kết quả của phân tích sẽ được đánh giá và phân tích để đưa ra thông tin về độbền nén của nhựa Kết quả này có thể được so sánh với tiêu chuẩn quy định quốc tếhoặc với các mẫu khác để đánh giá chất lượng và tính chất cơ học của nhựa, đồng thờicũng phát hiện ra những khuyết tật của nhựa trong quá trình phân tích

1.3 Phân tích nhựa bằng phương pháp đo khả năng chịu môi trường của nhựa [ 4 ]

Quy trình phân tích nhựa đo khả năng chịu môi trường theo tiêu chuẩn ASTMD570 theo sơ đồ Hình 1.2

Hình 1 2 Sơ đồ quy trình phân tích khả năng chịu môi trường

Bước 1 Chuẩn bị dụng cụ và thiết bị

Cân phân tích, tủ sấy, vải khô, bình hút ẩm, mẫu thử nhựa

Bước 2 Chuẩn bị mẫu

Mẫu thử đối với loại nhựa đúc phải có dạng đĩa có đường kính 50,8 mm và dày3,2 mm

Mẫu thử dạng tấm phải có dạng thanh dài 16,2 mm x rộng 25,4 mm theo độ dàycủa vật liệu

Mẫu thử dạng ống: đường kính trong nhỏ hơn 76 mm và dài 25,4 mm

Bước 3 Xử lí mẫu

Mẫu thử phải được gia công, cưa hoặc cắt từ mẫu sao cho các cạnh nhẵn, không

bị nứt Các cạnh cắt phải được làm nhẵn bằng cách dùng giấy nhám hoặc vải nhám

Xử lí số liệu và

Xử lí mẫu Chuẩn bị mẫu

Chuẩn bị dụng

cụ và thiết bị

Gia công cưa và các thao tác chà nhám phải đảm bảo đủ chậm để vật liệu không bịnóng lên đáng kể Nếu có bất kì vết dầu nào trên bề mặt mẫu do gia công thì phải rửamẫu bằng vải thấm xăng để loại bỏ, lau bằng vải khô và để yên trong không khí trong

2 giờ để xăng bay hơi

Mẫu vật liệu có giá trị hấp thụ nước bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ ởkhoảng 1100C, phải được sấy khô trong tủ sấy khoảng 24 giờ ở nhiệt độ 50,30C, làmnguội trong bình hút ẩm và đem đi cân

Bước 4 Ngâm mẫu

Các mẫu được ổn định nhiệt phải được ngâm chìm trong thùng chứa nước cấttrong 24 giờ có nhiệt độ 23±10C Sau 24 giờ, lấy mẫu ra, dùng vải lau khô rồi đem đicân

Bước 5 Ghi lại kết quả

Bước 6 Xử lý số liệu và báo cáo kết quả

Báo cáo bao gồm sự thay đổi về hiện tượng cong vênh, nứt hoặc thay đổi ngoạiquan của mẫu thử, … để nhận xét được khả năng chịu môi trường nước và hút nướccủa nhựa

CHƯƠNG 2: TIÊU CHUẨN ĐO, NGUYÊN TẮC VẬN HÀNH, QUY TRÌNH ĐO

Để xác định được tính chất cơ lý của nhựa bằng phương pháp nén ta sử dụngtheo tiêu chuẩn đo ASTM 695 và ISO 604

2.1 Nguyên tắc vận hành

Mẫu thử được nén dọc theo trục chính với tốc độ không đổi cho đến khi mẫu bịgãy, cho đến khi tải trọng hoặc sự giảm độ dài đạt đến giá trị xác định trước

2.2 Tiêu chuẩn đo ISO 604[ 5 ]

Bước 1: Đo chiều rộng và chiều dày hoặc đường kính của mẫu thử tại ba điểmdọc theo chiều dài của mẫu và tính giá trị trung bình của diện tích mặt cắt ngang

Đo chiều dài của từng mẫu thử, độ chính xác đến 1%

Bước 2: Đặt mẫu thử vào giữa các bề mặt của tấm nén và căn chỉnh đường tâmcủa các bề mặt tấm nén Đảm bảo rằng các bề mặt cuối của mẫu thử song song với các

bề mặt của các tấm nén và điều chỉnh máy sao cho các bề mặt của các đầu của mẫu thử

và tấm nén vừa chạm vào nhau

Bước 3: Đặt tốc độ thử nghiệm theo quy định kỹ thuật:

● v = 0,02 mm/ phút đối với phép đo môđun;

● v = 0,1 mm/phút đối với phép đo độ bền cho vật liệu trước khi chảy dẻo;

● v = 0,5 mm/phút đối với phép đo độ bền vật liệu khi chảy dẻo

Bước 4: Xác định mô đun và độ bền nén tương ứng của mẫu trong quá trìnhthử Tốt nhất nên sử dụng hệ thống ghi tự động, hệ thống này sẽ cung cấp đường congứng suất/biến dạng hoàn chỉnh cho hoạt động này (Hình 2.2)

Hình 2 1 Đường cong ứng suất/ biến dạng điển hình

Bước 5: Ghi lại dữ liệu

Xác định lực (ứng suất) và (biến dạng) nén tương ứng của mẫu thử trong quátrình thử nghiệm Tốt nhất nên sử dụng hệ thống ghi tự động cho phép ghi lại toàn bộđường cong ứng suất/biến dạng khi tiến hành thử nghiệm

Bước 6 Tính và biểu thị kết quả

 Ứng suất nén: σ= F A (MPa)

- Trong đó:

+ σ là giá trị ứng suất (MPa)+ F là lực đo được tương ứng (N)+ A là diện tích mặt cắt ngang ban đầu của mẫu thử (mm2)

 Độ bền nén: Ứng suất nén lớn nhất mà mẫu thử chịu được trong phépthử nén

 Modun nén: Ec ¿σ2−σ1

ε2−ε1

- Trong đó:

+ Ec là modun nén (MPa)+ σ1 là ứng suất đo tại giá trị biến dạng ε1=¿ 0,0005 (MPa)+ σ2 là ứng suất đo tại giá trị biến dạng ε2 = 0,0025 (MPa)Bước 7 Báo cáo thử nghiệm

- Tất cả các thông tin cần thiết để nhận dạng vật liệu thử nghiệm, bao gồmchủng loại, nguồn, mã số, nhà sản xuất và nguồn gốc,…

- Mô tả bản chất, hình dạng, kích thước của vật liệu thử

- Số mẫu thử được thử nghiệm.

- Môi trường được sử dụng để ổn định mẫu và thử nghiệm

- Loại dụng cụ nén và thiết bị nén được sử dụng

- Các kết quả thử nghiệm: ứng suất nén, độ bền nén, modun nén,

- Ngày thử nghiệm

2.3 Tiêu chuẩn đo ASTM D695[ 6 ]

Bước 1: Đo chiều rộng và độ dày (hoặc đường kính) của mẫu thử chính xác đến0,025 mm (0,001 in.) tại một số điểm dọc theo chiều dài của mẫu Tính và ghi lại giátrị nhỏ nhất của diện tích mặt cắt ngang Đo chiều dài của mẫu và ghi lại giá trị Quykích mẫu được ưu tiên là 12,7 x 12,7 x 25,4 mm (0,50 x 0,50 x 1 in.)

Bước 2: Đặt mẫu thử vào giữa bề mặt của dụng cụ nén, chú ý căn chỉnh đườngtâm của trục dài của nó với đường tâm của pít tông và đảm bảo rằng các đầu của mẫuthử song song với bề mặt của dụng cụ nén Điều chỉnh đầu trượt của máy thử cho đếnkhi nó vừa tiếp xúc với đầu pittông của cụ nén

 Chú ý: Các đai ốc hoặc vít trên đồ gá phải được siết chặt

Bước 3: Thiết lập máy nén: Đặt điều khiển tốc độ ở mức 1,3 mm/phút và khởiđộng máy

Bước 4: Đo độ bền nén: Mẫu vật liệu được đặt trong máy nén và lực nén được

áp dụng dần dần lên mẫu Máy nén đo lực cần thiết để làm vỡ hoặc biến dạng mẫu

Bước 5: Ghi lại kết quả: Kết quả đo được ghi lại, bao gồm lực cần thiết để làm

vỡ hoặc biến dạng mẫu, cùng với thông tin về mẫu và điều kiện đo

Độ bền nén (được mô tả ở bước 6 Mục 2.2)

Modul đàn hồi (được mô tả ở bước 6 mục 2.2)

Bước 6: Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm bao gồm các thông tin sau:

- Nhận biết đầy đủ về vật liệu thí nghiệm, bao gồm chủng loại, nguồn gốc, mã

số nhà sản xuất, nguyên liệu,…

- Hình dạng và kích thước của mẫu thử

- Phương pháp chuẩn bị mẫu thử

- Số lượng mẫu thử

- Tốc độ tác dụng lực

- Các giá trị như: modun đàn hồi, ứng suất nén, giá trị trung bình, độ lệchchuẩn,…

- Ngày thực hiện thử nghiệm

Bảng 2 1 So sánh hai tiêu chuẩn đo

Phạm vi sử dụng Nền nhựa cứng, vật liệu

composites có modul cao

Vật liệu đúc và ép đùn,nhựa nhiệt dẻo dạng sợingắn, dạng tấm, …

Quy kích mẫu 12,7 x 12,7 x 25,4 mm Đo mođun: 50x10x4mm

Đo độ bền: 10x10x4 mmTốc độ thử nghiệm 1,3 ± 0,3 mm/ phút 1mm/ phút

2.4 Quy trình vận hành thiết bị đo

Bước 1: Cắm nguồn điện, bật bơm dầu (nút nguồn màu xanh hoặc đỏ hình vuông trên

bộ điều khiển

Bước 2: Cho mẫu vào máy (phần khung làm việc)

+ Nút up dùng để điều chỉnh cho phần ngàm kẹp phía dưới đi lên.

+ Nút down dùng để điều chỉnh cho phần ngàm kẹp phía dưới đi xuống.

+ Nút up clamp dùng để kẹp ngàm trên

+ Nút up losing dùng để mở ngàm kẹp trên

+ Nút down clamp dùng để kẹp ngàm dưới

+ Nút down losing dùng để mở ngàm kẹp dưới

Bước 3: Lựa chọn chế độ thí nghiệm như kéo thép, nén bê tông hoặc uốn

Bước 4: Đóng van khóa dầu (van bên tay trái) theo chiều kim đồng hồ

Bước 5: Mở van gia tải (van bên tay phải) theo chiều ngược kim đồng hồ mở từ từ

quan sát tốc độ tăng tải trên màn hiển thị của bộ điều khiển điều chỉnh sao cho giá trịlực tăng tải phù hợp, nằm trong dải cho phép của tiêu chuẩn đối với mỗi loại vật liệu

Bước 6: khi mẫu bị phá hủy biểu đồ của máy sẽ tự dừng lưu kết quả Đóng van gia tải

(van bên phải) Mở van khóa dầu (van bên trái)

Lặp lại các bước trên khi tiến hành thử mẫu mới.

Đóng ngắt nguồn điện khi không sử dụng máy

CHƯƠNG 3: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ LÝ, CHỊU

MÔI TRƯỜNG 3.1 Các yếu tố bên trong ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của polymer

3.1.1 Cấu trúc phân tử

Cấu trúc phân tử của polymer ảnh hưởng đến tính chất cơ lý Loại và sốmonomer được sử dụng để tạo ra polymer, sự sắp xếp của các monomer và sự hiệndiện của các nhóm chức đều ảnh hưởng đến tính chất cơ lý của polymer Ví dụ,polymer được tạo thành từ chuỗi monomer dài, tuyến tính có xu hướng có độ bền kéo

3.1.2 Khối lượng phân tử [ 7 ]

Khối lượng phân tử của polymer cũng có tác động đáng kể đến tính chất cơ lý Polymer có khối lượng phân tử lớn thường có độ nhớt cao hơn, độ co giãn thấp hơn và

độ bền kéo cao hơn so với các polymer có khối lượng phân tử thấp hơn Điều này là docác chuỗi dài hơn cho phép sự móc xoắn giữa các mạch polymer với các chuỗi nhiều hơn, dẫn đến độ bền và độ cứng cao hơn

● Chiều dài chuỗi polymer: Khối lượng phân tử của polymer liên quan trực tiếpđến độ dài chuỗi polymer của nó Các polymer có trọng lượng phân tử caohơn thường có chuỗi polymer dài hơn và sự móc xoắn của các mạch polymernhiều hơn Chuỗi dài hơn có thể mạng lại các đặc tính cơ học cao bao gôm cả

độ bền nén Chuỗi dài hơn mang lại nhiều điểm móc xoắn giữa các mạnhpolymer và lực liên phân tử hơn, có thể chống lại sự biến dạng và đứt gãydưới tải trọng nén

● Độ kết tinh: Khối lượng phân tử có thể ảnh hưởng đến độ kết tinh củapolymer Các polymer có khối lượng phân tử cao hơn có nhiều khả năng biểuhiện các vùng kết tinh hơn Các vùng kết tinh trong polymer có thể góp phầntăng cường độ bền nén vì chúng cung cấp thêm tính toàn vẹn cấu trúc và khảnăng chống biến dạng

● Loại polymer: Các polymer khác nhau có trọng lượng và cấu trúc phân tửkhác nhau và những khác biệt này có thể tác động đáng kể đến độ bền nén củachúng Ví dụ như Polyetylen mật độ cao (HDPE) và Polyethylen có khốilượng phân tử cực cao (UHMWPE) có khối lượng phân tử khác nhau và thểhiện độ bền nén khác nhau

Tuy nhiên, có một giới hạn về khối lượng phân tử mà vượt quá giới hạn đó thì polymer trở nên quá khó xử lý Khối lượng phân tử có thể được kiểm soát trong quá trình trùng hợp bằng cách điều chỉnh các điều kiện phản ứng

3.1.3 Nhiệt độ chuyển hóa thủy tinh

Theo bài báo “Đặc tính nén tốc độ biến dạng cao của polycarbonate vàpolyvinylidene Difluoride” cho rằng: sự gia tăng độ bền của PC ở tốc độ biến dạng cao

là do nhiệt độ chuyển tiếp cao hơn nhiệt độ phòng ở các tốc độ này.ꞵ

Chuẩn bị vật liệu và mẫu thử

PC được sử dụng là Bayer Makrolonw 2805 Loại này bao gồm bisphenol-A PCđược trộn với chất phụ gia tách khuôn và được mô tả là loại PC có độ nhớt trung bình.Một số đặc tính thu được từ bảng dữ liệu của nhà sản xuất được thể hiện trong Bảng3.1 Các mẫu nén được ép phun vào các đĩa có kích cỡ khác nhau Ngoài ra, còn cómột số ống trụ đúc phun mà từ đó các mẫu được cắt ra để thử nghiệm DMA Tất cảcác mẫu được ủ theo hướng dẫn của nhà sản xuất: giữ ở nhiệt độ 1250C trong 30 phútrồi làm nguội từ từ đến nhiệt độ phòng

Bảng 3 1 Thông số được chọn của Bayer Makrolonw 2805

Nhiệt độ chuyện hộa thuy tinh ca 1450C

Điều kiện thí nghiệm

- Các thí nghiệm Hopkinson đã được thực hiện ở nhiệt độ phòng trong phạm vitốc độ biến dạng 103 –105 s-1 và tại ca 5500s-1 trong khoảng nhiệt độ -60 đến +1750C.Tất cả các mẫu đều có đường kính 5 mm và hai độ dày được sử dụng: 0,75 và 1,5 mm.Nói chung, các mẫu mỏng hơn được sử dụng ở tốc độ biến dạng caohơn, mặc dù người ta nhận thấy rằng không có sự khác biệt rõ rệtgiữa kết quả từ hai chiều dài mẫu Ở 105 s-1 ứng suất dòng đo được đối với mẫu dài 1,5

mm là 92 kPa và đối với mẫu dài 0,75 mm là 58 kPa Các giá trị này không đáng kể sovới ứng suất tại điểm chảy ở nhiệt độ phòng của PC ở tốc độ này: ≈120 MPa Vì mẫuthử có tỷ lệ đường kính/chiều dài lớn nên việc bôi trơn có thể là một vấn đề cần quantâm; tuy nhiên, người ta đã chứng minh rõ ràng rằng sáp paraffin về cơ bản cung cấpkhả năng bôi trơn tốt ở mọi nhiệt độ thấp, ít nhất là -600C.Trạng thái cân bằng của mẫucũng được xác nhận bằng cách so sánh các phân tích một sóng và hai sóng về ứng suấtcủa mẫu

- Các thí nghiệm với Instron được thực hiện ở tốc độ biến dạng trong khoảng 10-4

và 100 s-1 ở nhiệt độ phòng Phân tích DMA được thực hiện ở tần số 1, 10 và 100 Hz ởkhoảng từ -100 đến 2000C

Kết quả

Nghiên cứu này đã tạo ra số lượng lớn các đường cong ứng suất-biến dạng Tất

cả dữ liệu thu thập được sẽ được tham số hóa để so sánh giữa các tốc độ biến dạng vànhiệt độ khác nhau Hình 3.1 cho thấy các đường cong ứng suất-biến dạng của PC trêncác mốc tốc độ biến dạng Tất cả các mẫu này đều thể hiện mức độ đàn hồi lên đếnmức biến dạng xấp xỉ 0,1 Ứng suất chảy là một hàm của tốc độ biến dạng và trongphạm vi SHPB từ khoảng 110 MPa ở 2240 s-1 đến khoảng 120 MPa ở 10,280 s-1 Saukhi chảy, có một số biến dạng mềm đến mức 0,3 sau đó vật liệu cứng lại Do bản chấtcủa thiết bị tải trọng, mỗi mẫu thử được tải trong một khoảng thời gian cố định,khoảng 80 μs Điều này có nghĩa là với các thí nghiệm ở tốc độ biến dạng cao hơn thìgiá trị đạt được cũng cao hơn

Hình 3 1 Đường cong ứng suất-biến dạng ở nhiệt độ phòng đối với mẫu PC

Trong mọi trường hợp, phần cuối của đường cong ứng suất-biến dạng thể hiện thí nghiệm kết thúc và không liên quan đến bất kỳ tính chất của vật liệu nào Ngoài ra, tất cả các tốc độ biến dạng được trích dẫn đều là tốc độ biến dạng thực và có độ chính xác cao hơn ±1% Dữ liệu Instron cho thấy các đặc điểm tương tự, với ứng suất thấp hơn phản ánh tốc độ biến dạng thấp hơn

Các thí nghiệm SHPB cũng được thực hiện trong khoảng nhiệt độ từ -60

đến +1750C, ở tốc độ biến dạng 5500±500 s-1; các đường cong ứng suất/biến dạng

được thể hiện trong Hình 3.2 Điểm chảy và ứng suất chảy tăng khi nhiệt độ giảm Thí nghiệm ở 1750C cho thấy ảnh hưởng của nhiệt độ chuyển thủy tinh cao hơn giá trị

1450C mà nhà sản xuất đưa ra do tốc độ biến dạng cao Một đặc điểm thú vị của thí