Giáo trình Gia công chất dẻo pps

Giáo trình Gia công chất dẻo Gi¸o tr×nh Gia c«ng chÊt dÎo 1 MỤC LỤC Giáo trình Gia công chất dẻo 1 MỤC LỤC 2 Ch¬ng 1: Nh÷ng kh¸I niÖm chung 2 1.Polyme 2 2.Các khái niệm cơ bản 4 2. Các tính chất đặc trưng 4 3.Các phản ứng tổng hợp polyme 5 Phản ứng trùng hợp 5 Phản ứng trùng ngưng 5 Phản ứng đồng trùng hợp 5 3.Cấu trúc phân tử polyme 5 Sự sắp xếp của nguyên tử và các nhóm thế tron 6 Đồng phân quang học 6 4.Phân loại polyme 6 Một số Polyme tiêu biểu 7 Xenlulo 7 Cao su 7 Tơ 7 7 5. §¨c trng vËt lý cña c¸c polime: 10 Ch¬ng 2: Kü thuËt gia c«ng chÊt dÎo 14 14 Ch¬ng 1: Nh÷ng kh¸I niÖm chung 1.Polyme Gi¸o tr×nh Gia c«ng chÊt dÎo 2 Polyme là khái niệm được dùng cho các hợp chất có khối lượng phân tử lớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ bản. Các phân tử tương tự nhưng có khối lượng thấp hơn được gọi là các oligome. Tên gọi Polyme xuất phát từ tiếng Hi Lạp, πoλv, polu, 'nhiều' và μερος, meros, 'phần'.Những ví dụ điển hình về Polyme là chất dẻo, DNA, và protein. Polyme được sử dụng phổ biến trong thực tế với tên goi là Nhựa, nhưng polyme bao gồm 2 lớp chính là polyme thiên nhiên và polyme nhân tạo. Các polyme hữu cơ như protein (ví dụ như tóc, da, và một phần của xương) và axít nucleic đóng vai trò chủ yếu trong quá trình tổng hợp polyme hữu cơ. Có rất nhiều dạng polyme thiên nhiên tồn tại chẳng hạn xenlulo (thành phần chính của gỗ và giấy). Hình dạng phân tử Polyme Hình 1:Một số hình ảnh khác về phân tử Polyme Gi¸o tr×nh Gia c«ng chÊt dÎo 3 Hình 2:Một số hình ảnh khác về phân tử Polyme • 2.Các khái niệm cơ bản • Khối lượng phân tử polyme: M = n.m trong đó M: khối lượng phân tử polyme m: khối lượng của một đơn vị monome n: hệ số trùng hợp hoặc hệ số trùng ngưng Trong khoa học nghiên cứu polyme, người ta thường sử dụng 02 khái niệm khác của khối lượng phân tử: + Khối lượng phân tử trung bình số (the number average molecular mass): + Khối lượng phân tử trung bình khối (the weight average molecular mass): • Độ trùng hợp là số mắt xích cơ bản trong phân tử polyme. • Mắt xích cơ bản: là phần lặp đi lặp lại trong phân tử Polyme. Mắt xích cơ bản có cấu tạo giống monome trong phản ứng trùng hợp và tương đối giống monome trong phản ứng trùng ngưng. 2. Các tính chất đặc trưng Gi¸o tr×nh Gia c«ng chÊt dÎo 4 Polyme có 2 tích chất chính: • Thường là chất rắn, không bay hơi. • Hầu hết Polyme không tan trong nước hoặc các dung môi thông thường 3. Các phản ứng tổng hợp polyme Phản ứng trùng hợp Phản ứng trùng hợp là phản ứng kết hợp nhiều monome của cùng một chất tạo thành polyme. nCH 2 =CH-CH=CH 2 → (-CH 2 -CH=CH-CH 2 -) n Phản ứng trùng hợp Butađien1,3 Phản ứng trùng ngưng Phản ứng trùng ngưng là phản ứng kết hợp nhiều monome tạo thành polyme và một sản phẩm phụ (như nước). n(OH-CH 2 -CH 2 -OH) → (-CH 2 -CH 2 -O-CH 2 -CH 2 -) n + nH 2 O Phản ứng đồng trùng hợp Phản ứng trùng hợp là phản ứng kết hợp nhiều monome của hai hay nhiều chất tạo thành polyme. khong tao ra chat phu.nhu phan ung trung` ngung tao ra nuoc 3. Cấu trúc phân tử polyme Gi¸o tr×nh Gia c«ng chÊt dÎo 5 Sự sắp xếp của nguyên tử và các nhóm thế tron Cấu trúc phân tử Polyme Đồng phân quang học Polyme có đồng phân dạng này khi có nguyên tử Các bon bất đối trong mạch. 4. Phân loại polyme Dựa theo nguồn gốc Polyme gồm có 2 loại chính: • Polyme tự nhiên: tinh bột, protein, cao su, • Polyme nhân tạo: polyetilen, tơ nilon, cao su buna, Gi¸o tr×nh Gia c«ng chÊt dÎo 6 Mt s Polyme tiờu biu Xenlulo Nm 1869. Hai - t, mt cụng nhõn in n New York ó cm ci nghiờn cu tỡm ra loi búng Bi - a tt nht v ụng ó thnh cụng bng cỏch ch ra xenluloit. Xenlulo c ch to bng cỏch ly bụng nhỳng axit sunfuric c ri hũa vo trong cn. Cho 1 viờn long nóo vo ri khuy u. Cao su Cao su cú 2 loi: Cao su t nhiờn c ly t nha ca cõy cao su. Cao su tng hp c ch ra t cỏc cht n gin Thớ d: Cao su Buna c iu ch t ru etylic T T cng gm cú 2 loi: loi t t nhiờn v loi t húa hc. T t nhiờn c ly t kộn ca nhng con tm T húa hc gm 2 loi: -T nhõn to:Ch bin húa hc t cỏc Polyme thiờn nhiờn Thớ d: t Visco, t Axetat, -T tng hp:Ch to t cỏc cht n gin Thớ d:t nilon, t carpon, T húa hc thng cú u im l bn, p, phi mau khụ, Bằng các phơng pháp sử dụng các phản ứng hoá học nh trùng ngng, trùng hợp, trùng phối ngời ta có thể điều chế ra các loại cao phân tử trong đó có chất dẻo. Bằng phơng pháp trùng hợp ngời ta đã sản xuất ra các loại chất dẻo nh PE, PS, PVC với khối lợng lớn. Bằng phơng pháp trùng phối ngời ta có thể tạo ra polime khối lợng lớn và có thể đổi chỗ nguyên tử. Nh vậy các hợp chất polime rất phong phú và đa dạng nhng tuỳ vào mục đích sử dung mà chúng ta có những lựa chọn các loại vật liệu cho Giáo trình Gia công chất dẻo 7 thích hợp nhất với điều kiện gia công. Một số loại nhựa nhiệt dẻo đợc sử dụng nh là : Poli Etylen: PE PE là một trong những nhựa nhiệt dẻo phổ biến nhất, đợc ứng dụng nhiều nhất trong công nghiệp bao bì và các lĩnh vực khác. PE có độ bền hóa chất, độ bền oxy hoá nhiệt, dung môi, thời tiết. Độ nhớt ổn định ở nhiệt độ cao, giá rẻ. Có hai loại là PE cao áp và PE hạ áp. Loại nhựa Nhiệt độ nóng chảy ( o C) Tỉ khối (g/cm 2 ) PE cao áp 110 - 125 0.92 - 0.95 PE hạ áp 141 0.953 - 0.957 Dựa vào cấu trúc ngời ta chia làm 3 loại : PE có tỉ trọng cao (HDPE) có d 0.95 g/cm 2 nhiệt độ nóng chảy là 130-150 o C trong cấu trúc mạch có ít nhánh. PE tỉ trọng thấp (LDPE) có cấu trúc mạch ngắn nhng mạch nhánh dài, d 0.92 g/cm 2 nhiệt độ nóng chảy là 115 o C. PE tỉ trọng mạch thẳng thấp (LLDPE) có cấu trúc mạch nhánh nhng mạch nhánh ngắn ở nhiệt độ phòng PE không tan trong bất cứ dung môi nào. ở 70 0 C tan trong một số dung môi: cacbontetraclorua, toluen tricloxan Dới tác dụng của nhiệt độ ở 70 o C PE kết tinh, PE bền với hóa chất, nớc, đạt chỉ số cơ lý cao, cách điện tốt. PE cao áp có cấu trúc xốp nên đợc sử dụng làm màng mỏng, làm vật liệu cách điện, làm màng bọc chống ăn mòn ở các xí nghiệp sản xuất hoá chất. Đối với PE hạ áp có tính năng nh PE cao áp nhng nó còn đợc gia công làm đồ gia dụng Poli Vinylclorua : PVC PVC có M= 18000-30000(đvc), d=1.35- 1.46 g/cm 3 PVC dễ phân huỷ ở 130 o C. Nó tan trong axeton bền với kiềm, axít. PVC là một loại nhựa vô định hình có độ phân cực cao nên độ bền hoá tốt. Tuy nhiên PVC nguyên chất thì cứng hơn, độ bền nhiệt bị hạn chế. Do đó tuỳ vào mục đích mà ngời ta đã hoá dẻo PVC, chúng đợc sử dụng làm ống dẫn nớc, vật liệu cách điện, PVC hóa dẻo đợc sử dụng làm màng mỏng, một phần PVC đợc sử dụng làm sợi. Poli Propylen: PP Bằng phơng pháp trùng hợp gốc không thể điều chế đợc PP khối l- ợng phân tử lớn . Do đó ngời ta dùng hệ xúc tác Ziegler-Natta . Phân tử khối là :60000-200000(đvc), tỷ trọng d 0.92 g/cm 3 , nhiệt độ nóng chảy:164-170 0 C. Là một trong những loại nhựa đợc sử dụng rộng rãi nhất. Nhờ độ bền cơ học, bền hoá, bền nhiệt độ rất thấp, giá rẻ. Tuy nhiên nó dễ bị Oxi hoá trong quá trình gia công và sử dụng. PP đợc dùng Giáo trình Gia công chất dẻo 8 làm màng bao gói, đồ gia dụng, bể chứa dung tích lớn, ống nớc, ác quy, chi tiết tủ lạnh, điện tử. Poli Styren( PS) và Copolyme của nó: PS là loại nhựa có cấu trúc vô định hình, chịu va đập kém, do đó trong quá trình gia công làm thay đổi cấu trúc. Nên trong một số trờng hợp nó ít đợc sử dụng. PS có nhiệt độ thuỷ tinh là 80 o C có tỷ khối d= 1.05- 1.07g/cm 3 Phân tử khối : 70.000- 200.000(đvc) hoà tan trong dung môi thơm, ở nhiệt độ thờng bền với axít, kiềm. Trong không khí ở 150 0 C PS đã bị phân huỷ. Nếu không có không khí thì nó bền tới 250 0 C . Hiện nay ngời ta đã điều chế đợc PS có cấu trúc isotatic kết tinh nhiệt độ nóng chảy là 230 0 C, D= 1,1g/1cm 3 . PS chủ yếu dùng làm vật liệu cách điện đặc biệt đối với điện thế có tần số cao. Làm bột xốp chống lại va đập, đo đồ điện tử. Ngoài ra còn đồng trùng hợp PS đối với butadien tạo ra cao su có tính năng cơ lý tơng đơng với cao su thiên nhiên. High Inpact poli Styren: PS-HI Là dạng biến tính của PS để cải tiến tính chất cơ lý : tính năng chịu va đập. Nhằm sử dụng để gia công những vật liệu cao cấp. Poli Acrylonitrile Butadiene- Styrene: ABS ABS có dạng vô định hình. Độ bền va đập rất cao, bền thời tiết ,giá thành rẻ tính chất cơ học cao, tính chất tạo bề mặt tốt và bền hoá . ABS có khả năng gia công tốt nh đúc phun ABS nóng chảy tốt và độ co ngót khuôn bé. ABS đợc cải thiện về độ bền nhiệt nếu liên kết không no trong thành phần Butadien đợc no hoá . Poli Amit: PA Có nhiều loại :PA6, PA6,6 .Đợc tổng hợp bằng phơng pháp trùng ngng amôniaxitđiamin với axit hai chức: Nilon 6: [-CO-(CH 2 ) 5 -NH- ] n Nilon 6.6[-NH-(CH 2) ) 6 -NHCO-(CH 2 ) 4 -CO-] n Là polime dạng tinh thể có nhiệt độ nóng chảy:225 o C, d=1.14g/cm 3 . Sử dụng làm nguyên liệu kéo sợi. Nói chung PA có độ bền mài mòn cao, bền rão, hệ số ma sát thấp, có khả năng chống cháy, nhiệt độ phân huỷ cao: 280-300 0 C nên rất bền nhiệt. Tuy vậy PA có khả năng hút nớc mạnh nên làm giảm độ bền nhng lại tăng độ gia cứng. Khi độ hấp thụ nớc bão hoà thì ổn định kích thớc ở nhiệt độ cao. Đối với ABS khi gia công trớc đó phải sấy. Poli Carbonat: PC PC là polime vô định hình có độ bền oxi hóa nhiệt cao tới 130 o C. PC có độ bền va đập cao đặc biệt là ở nhiệt độ thấp nhng độ bền hoá thấp dới tác dụng của dầu mỡ. Poli Oxymetyl: POM Giáo trình Gia công chất dẻo 9 Là loại vật liệu tinh thể cao có nhiều đặc tính tốt nh: cứng, hệ số ma sát thấp, bền hoá. Tuy nhiên lại rất dễ cháy, độ bền nhiệt nằm trong khoảng nhỏ hơn 220 0 C. Nhiệt độ nóng chảy: 182 o C và yêu cầu gia công cẩn thận. Poli MetylMetacrynat : PMMA Là polime dạng vô định hình. Có nhiệt độ thuỷ tinh là 98 o C, d=1.18- 1.19g/cm 3 , M=50000-200000(ĐVC). Tan tốt trong các dung môi thơm axêton, este có độ bền va đập cao, trong suốt nên chủ yếu đợc sử dụng làm thuỷ tinh hữu cơ . 5. Đăc tr ng vật lý của các polime: Hiện trạng vật lý của chất dẻo phụ thuộc vào: Cấu trúc hoá học của phân tử. Độ bị cản trở của mạch, độ kết tinh. Lực liên kết giữa các phân tử. Mức độ tạo lới. Các polime có các trạng thái vật lý khác nhau phụ thuộc vào sự dịch chuyển có mức độ khác nhau của phân tử và cấu trúc của chúng. ở các trạng thái vật lý không đồng nhất, các polime khác biệt rõ ràng về tính chất của chúng. Dựa trên cơ sở đó mà ngời ta phân biệt trạng thái và pha. Dựa trên cơ sở hiện trạng chống lại các lực làm thay đổi thể tích, hình dạng, sự chống lại tác dụng của ngoại lực. Ngời ta phân chia vật liệu có phân tử thấp ra các trạng thái: rắn, lỏng , khí. Polime là các chất phân tán theo phân tử là những chất hỗn hợp của các phân tử có cấu trúc mảnh với đủ hình dạng kích cỡ các loại, khả năng hình thành trật tự ba chiều với khoảng cách kéo dài bị ngăn cản. Phần lớn polime tồn tại ở dạng vô định hình, chỉ có polime có cấu trúc mạch cân đối mới có xu thế kết tinh. Polime cấu trúc tinh thể xắp đặt gọn theo ba chiều không đợc phát triển ra toàn vật liệu mà luôn có chứa các phân tử vô định hình, vô tổ chức. Do vậy polime tinh thể có thể coi là hệ thống hai pha.Yếu tố ảnh hởng đến tính chất cuả chất dẻo do cấu trúc của chúng và các đặc trng trạng thái nh nhiệt độ. Rắn T g Dẻo nóng Dẻo nóng/nhớt Giáo trình Gia công chất dẻo 10 [...]... kích thớc sản phẩm sau khi gia công, theo bản vẽ thiết kế, gia công, theo yêu cầu chất lợng của khách hàng Thiết bị đo ba chiều, đo hai chiều, máy phóng to, thớc đo kỹ thuật số, máy đo cao,v.v.v Giáo trình Gia công chất dẻo 17 2.2 .Công nghệ đùn Các chất dẻo có thể tham gia công nghệ đùn Về nguyên lý các chất dẻo nhiệt dẻo đều có thể gia công đùn đợc, song đối với khối chất dẻo nóng chảy cần phải có... rạn nứt, cong vênh Giáo trình Gia công chất dẻo 12 Chất độn trong qúa trình gia công giảm đợc toả nhiệt trong phản ứng đối với nhựa nhiệt rắn khi đóng rắn chất độn có thể là chất vô cơ hoặc hữu cơ Chất ổn định Các chất dẻo khi gia công ở nhiệt độ cao thờng có hiện tợng bị phân huỷ, thái biến, ôxi hoá trong quá trình sản xuất vì vậy ta phải cho chất ổn định vào Chất ổn định thờng là chất vô cơ hoặc hữu... làm nóng chảy chất dẻo ngời ta gia nhiệt cho chất dẻo, nhờ qua thành các xilanh Nhờ áp lực và trục vít quay tạo ra dòng chảy tuần hoàn trong các rãnh vít, dòng chảy này sẽ làm tăng nhanh độ nóng chảy của vật liệu chất dẻo Giáo trình Gia công chất dẻo 25 3) Vùng làm nhuyễn chất dẻo nóng chảy Sau khi chất dẻo đã cần làm nhuyễn hoá chúng có tác dụng trộn đều các chất phụ gia đối với chất dẻo để tạo thành... nóng 6 Các phụ gia cho chất dẻo: Hầu hết các chất dẻo ở dạng thơng phẩm đều đợc trộn lẫn với các phụ gia khác nhau, các chất phụ gia có thể là: chất tăng cờng, tác nhân gép nối, chất độn, chất ổn định chất hoá dẻo, bột màu, thuốc nhuộm, chất bôI trơn, chất hỗ trợ gia công Chất tăng cờng Mục đích: nâng cao độ bền cấu trúc của sản phẩm, làm tăng độ bền cơ , độ bền uốn , độ bền mài mòn Chất tăng cờng... 2: Kỹ thuật gia công chất dẻo 2.1 Công nghệ ép phun Công nghệ gia công ép phun nh sau: Công nghệ nhựa nhiệt dẻo: Nguyên liệu nhựa Dẻo hoá (Làm nóng chảy) ép phun vào khuôn Làm nguội Sản phẩm Nguyên liệu và Trang thiết bị cần thiết cho công nghệ gia công nhựa nhiệt dẻo cần thiết nh sau: +Nguyên liệu gia công +Máy đúc phun Giáo trình Gia công chất dẻo 14 +Khuôn đúc phun +Hệ thống làm mát trung tâm +Thùng... tăng tính chất của polime thứ nhất, làm cho quá trình gia công dễ dàng hơn,làm giảm độ giòn, làm tăng độ mềm dẻo hoặc là ngợc lại Chất đóng rắn Là chất cho vào chất dẻo chuyển polime từ mạch thẳng hoặc mạch nhánh xang mạch có cấu trúc không gian bằng cách tạo nên những liên kết hoá học giữa các mạch polime với nhau Tạo ra polime có độ bền cơ, bền nhiệt cao Chơng 2: Kỹ thuật gia công chất dẻo 2.1 Công nghệ... các chất hoá dẻo Trong quá trình gia công nó khuếch tán ra bề mặt của chất dẻo có tác dụng chống bám dính giữa các bề mặt và khuôn làm cho chát dẻo bóng nhẵn và quá trình tháo khuôn đợc dẽ dàng Nhợc điểm của chất bôi trơn là tạo ra bề mặt nhẵn, bóng làm cho quá trình sơn bề mặt gặp khó khăn vì vậy cần phải tính toán kỹ khối lợng chất da vào chất dẻo cho phù hợp Chất hỗ trợ gia công Đợc coi là polime thứ... thời gian ngắn ( cho tới khi nguội đi một chút ít) phải giữ đợc hình dáng tạo ra nó Các chất dẻo có độ rắn nóng chảy nhỏ do cấu trúc của nó, chỉ có thể áp dung gia công đùn khi có sự tạo thành độ trùng hợp cực lớn, hoặc sự phụ trợ thêm của chất độn phù hợp Gia công đùn đợc sử dụng để gia công với sản lợng lớn chủ yếu các chất dẻo nh PVC cứng, PVC mềm, PE và PP Dới đây là bảng trình bày tóm tắt về các chất. .. 300 170 200 Giáo trình Gia công chất dẻo ống, sản phẩm định hình, bọc dây điện, dây cáp, màng ống, sản phẩm định hình tấm tấm, sản phẩm định hình ống, bọc dây điện, sợi ống, sản phẩm định hình 19 1 Khái niệm: Công nghệ đùn là quá trình công nghệ thực hiện việc từ những chất dẻo dạng hạt hoặc bột ta thu đợc sản phẩm đợc sản xuất liên tục, nh công nghệ đùn ống là một vi dụ 2 Quá trình công nghệ đùn... baríunphat Giáo trình Gia công chất dẻo 13 Màu đen có thể là muội than hoặc than chì Màu vàng thờng là hợp chất của Cr Chất bôi trơn Thờng là muối hoặc axit hữu cơ, hay sử dụng đó là axít stearic hoặc muối của axit này, các chất bôi trơn tan rất ít trong chất dẻo, ngời ta thờng bôi trơn bên ngoài để tạo đợc các sản phẩm có bề mặt nhẵn và bóng Chất bôi trơn bên trong chỉ hoà tan tơng đối vào các chất hoá dẻo . thuật gia công chất dẻo 2.1. Công nghệ ép phun Công nghệ gia công ép phun nh sau: Công nghệ nhựa nhiệt dẻo: Nguyên liệu và Trang thiết bị cần thiết cho công nghệ gia công nhựa nhiệt dẻo. vênh. Giáo trình Gia công chất dẻo 12 Chất độn trong qúa trình gia công giảm đợc toả nhiệt trong phản ứng đối với nhựa nhiệt rắn khi đóng rắn. chất độn có thể là chất vô cơ hoặc hữu cơ. Chất. Giáo trình Gia công chất dẻo Gi¸o tr×nh Gia c«ng chÊt dÎo 1 MỤC LỤC Giáo trình Gia công chất dẻo 1 MỤC LỤC 2 Ch¬ng 1: Nh÷ng kh¸I niÖm chung 2 1.Polyme