sử dụng vật liệu hữu cơ

sử dụng vật liệu hữu cơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP.TPHCM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC MÔN VẬT LIỆU HỌC NGÀNH HÓA

BÀI TIỂU LUẬN:

SỬ DỤNG VẬT LIỆU HỮU CƠ

Giáo Viên Hướng Dẫn: Thạc Sỹ Nguyễn Thị Mỹ Anh.

Sinh Viên Thực Hiện: Nhóm 11.

1 Nguyễn Hà Nhóm Trưởng MSSV:

2 Nguyễn Thị Tường Vi Thành viên MSSV:

3 Phạm Thị Nguyệt Thành Viên MSSV:

4 Nguyễn Thị Hồng Diễm Thành Viên MSSV:

5 Huỳnh Thụy Hải Thanh Thành Viên MSSV:

6 Đào Văn Túc Thành Viên MSSV:

7 Phùng Minh Mẫn Thành viên MSSV:

Niên Khóa: 2010 – 2014

Môn vật liệu học nói chung là một lĩnh vực rất rộng, được xây dựng trên cơ sở của khoa học - kỹ thuật Vì vậy muốn nắm vững về kiến thức, người kỹ sư phải tìm hiểu và nắm bắt được sự phát triển của khoa học - kỹ thuật trong thời đại công nghệ, để vận dụng vào trong thực tế sản xuất

Trong những năm gần đây Vật Liệu Học Ngành Hóa, đặc biệt là vật liệu hữu cơ - polymer đã phất triển lên một tầm cao mới và được ứng dụng rất nhiều trong thực tế như: Trong cuộc sống, khoa học, y học…………

Do đó, Người kỹ sư phải nắm vững những kiến thức và vận dụng những kiến thúc đã học, để thích nghi với mọi vị trí cộng việc, đồng thời góp phần phát triển xã hội

Chính vì vậy, việc sử dụng vật liệu hưu cơ – polymer thúc đẩy xã hội vươn đến một tầm cao mới về công nghệ vật liệu polymer

Tất Cả Sinh Viên Nhóm 11: xin chân thành cảm ơn:

Cô Nguyễn Thị Mỹ Anh đã tận tình hướng dẫn cho Chúng em trong suốt thời gian thực hiện bài tiểu luận

Tất cả các Thầy , Cô trong Khoa Công Nghệ Hóa và đặc biệt là Cô Nguyễn Thị Mỹ Anh, là Người trực tiếp giảng dạy truyền đạt kiến thức cho Chúng em trong suốt học kỳ vừa qua Mặc

dù trong suốt quá trình học tập Chúng em đã

có những sai sót nhỏ làm cho Cô không hài lòng nhưng Chúng em mong Cô thông cảm và

bỏ qua Tất cả các Bạn trong Lớp DHHO6BLT đã đoàn kết, góp ý xây dựng và tạo điều kiện cho Nhóm 11 hoàn thành tốt bài tiểu luận này

Chương 1 Nguồn gốc và lịch sử phát triển của hợp chất hữu cơ - polymer… Trang 5

Chương 2 Một vài khái niệm cơ bản về hợp chất hữu cơ - polymer…… 6

2.1 Khái niệm cơ bản về hợp chất hữu cơ – polymer……… 6

2.2: Danh pháp……… ….8

2.3 Phân loại polymer……… …8

2.4 Sự khác nhau giữa hợp chất cao phân tử và hợp chất thấp phân tử…… … 9

2.5 Cấu tạo cấu trúc polymer 9

2.5.1 cấu trúc……… ….… 9

2.5.2 Liên kết trong vật liệu Polymer……… 10

2.5.2.1 Phân tử hydrocacbon ……… … 10

2.5.2.2 Nhận xét:……… ………….…15

Chương 3 Tính chất cơ bản của vật liệu hữu cơ - polyme……….……….16

3.1 Cơ tính của vật liệu hữu cơ 16

3.1.1 Giới hạn đàn hồi, môdun đàn hồi, giới hạn bền kéo……… ….16

3.1.2 Ðộ dai va đập 18

3.1.3 Ðộ bền mỏi 19

3.1.4 Ðộ bền xé và độ cứng 19

3.1.5 Ðộ bền phá hủy vật liệu polyme 19

3.2 Lý tính của vật liệu hữu cơ 20

3.2.1 Khối lượng riêng 20

3.2.2 Tính chất nhiệt 20

3.2.3 Tính chất điện 21

3.2.4 Tính chất quang 21

3.2.5 Tính bất đẳng hướng 22

3.2.6 Tính có cực của polymer 22

3.2.7 Hình thái cấu tạo và hình thái sắp xếp 23

3.2.8 Tính mềm dẻo của mạch polymer 24

3.3 Khái niệm hiện đại về cấu trúc ngoại vi phân tử polymer 27

3.3.1 Cấu trúc ngoại vi phân tử của polymer vô định hình 28

3.3.2 Cấu trúc ngoại vi phân tử của polymer tinh thể 29

Chương 4 Sử dụng vật liệu hữu cơ – polymer 31

4.1 Chất dẻo 31

4.1.1 Khái niệm về chất dẻo 31

4.1.2 Ðặc điểm và phân lọai chất dẻo 31

4.1.2.1 Đặc điểm 31

4.1.2.2 phân loại chất dẻo… 32

4.1.3.Tính chất và ứng dụng một số lọai chất dẻo 33

4.2 Gia công polymer……… …36

4.2.1 Phối liệu……… 36

4.2.2 Các phương pháp gia công……… …38

4.2.2.1 Đúc ép (Compression moulding)……… ……38

4.2.2.2 Đúc trao đổi (Transfer moulding)……… … 38

4.2.2.3 Đúc phun (Injection moulding)……….……….38

4.2.2.4 Đúc đùn (Extrusion)……….… 49

4.2.2.5 Đúc thổi (Blow moulding)……….49

4.2.2.6 Đổ khuôn……… …….40

4.2.2.7 Đúc chân không (Vacuum moulding)………41

4.3 Cao su 41

4.3.1 Cao su tự nhiên 41

4.3.2 Cao su nhân tạo (Elastome ) 43

4.3.2.1 Cao su buna, cao su buna –S và cao su buna –N 44

4.3.2.3 Cao su isopren .45

4.2.3 Ứng dụng của cao su 46

4.4 TƠ 46

4.4.1 Khái niệm 46

4.4.2 Phân loại 47

4.4.3 Tính chất 47

4.4.4 Một số loại tơ tổng hợp thường gặp 50

4.4.4.1 Tơ nilon -6,6 50

4.4.4.2 Tơ lapsan 50

4.4.4.3 Tơ nitron 50

4.4.4.4 Tơ poliamit (có nhiều nhóm amit –CO–NH–) 51

4.4.4.5 Tơ polieste (có nhiều nhóm este) 51

4.4.4.6 Tơ vinylic (có nhiều nhóm polivinyl) 51

4.4.5 Ứng dụng của tơ 51

4.4.6 Một số ứng dụng khác 52

4.4.6.1 Màng 53

4.4.6.2 Chất dẻo xốp 54

4.5 SƠN 54

4.5.1 Khái nhiệm và phân loại 54

4.3.1.1.Khái niệm 54

4.3.1.2 Phân loại 55

4.5.2 Một số loại sơn thông dụng 56

4.5.3 Thành phần của sơn 58

4.5.3.1 Đơn công nghệ sản xuất sơn alkyd 59

4.5.3.2 Thí dụ Sơn mặt ngoài gốc Silicone Resin 61

4.5.4 Tính năng và ứng dụng của vật liệu: nhóm SƠN 61

4.6 Keo 62

4.6.1.Khái quát về keo dán .62

4.6.2 Đặc điểm các loại keo dán 64

4.6.3 Các loại keo dán 65

4.6.3.1 Keo thực vật (Hồ (Keo) tinh bột ) 65

4.6.3.2 Keo động vật (Casein) 66

4.6.3.3 Keo UREFOOC 67

4.6.3.4 Keo EPOXY 69

4.6.3.4.1 Đặc điểm chung của loại keo epoxy 69

4.6.3.4.2 Keo epoxy biến tính bằng nhựa phenol-foocmaldehyt 71

4.6.3.4.2.1 Nhựa phenolfoocmaldehyt 71

4.6.3.4.2.2 Keo epoxy biến tính phenolfoocmaldehyt 72

4.6.3.5 Keo cao su (Keo elastome) 72

4.6.3.6 Các loại keo dùng trong dán hộp, dán màng 73

4.6.3.6.1 Keo PVAC 73

4.6.3.6.2 Keo KORLOR 472 73

4.6.3.6.3 Keo PRODUCER 4601 74

4.6.3.6.4 Keo Emulsion Properties DA 75

4.6.3.6.5 Keo Hot Melt Durabond 882 75

4.6.2.5.6 Keo Polyurethane (viết tắt là PUR-adhesive) 76

4.6.4 So sánh giữa 2 loại keo hot melt và PUR-adhesive 76

4.6.5 Ứng dụng của các loại keo 77

4.6.5.1 Keo dán màng PET và HOTFIXTAPE 77

4.6.5.2 Keo PVAC 305 - POLY VINYLACETATE 305 77

4.6.5.3 Keo HOTMELT 78

4.6.5.4 Keo cán màng gia – 102 78

4.6.5.5 Keo UV Phủ bóng 78

4.6.5.6 Keo POLY URETHANE 79

4.6.5.7 Keo PVAC 201 79

4.6.5.8 Keo chuyên dùng cho nhựa 79

4.6.5.9 Keo dán sử dụng trong ngành in lụa keo chụp bảng 79

4.6.5.10 Keo dán giấy và sợi 80

4.6.5.11 Keo dán gỗ 80

4.6.5.12 Keo dán vải và cao su 80

4.6.5.13 Keo dán kim loại 80

4.6.5.14 Keo dán thủy tinh 80

Chương 5 Tài liệu tham khảo 80

Chương 1: NGUỒN GỐC PHẤT TRIỂN CỦA HỢP CHẤT HỮU CƠ -

POLYMER

1 Nguồn gốc và lịch sử phát triển của hợp chất hữu cơ - polymer 3

- Từ thời xa xưa người ta biết sử dụng sợi bông, sợi tơ tầm, sợi len để làm quần áo,

gỗ, tre, da v.v để phục vụ cuộc sống sinh hoạt hàng ngày Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, ngày nay vật liệu hữu cơ mới - vật liệu polyme đã được đưa vào sử dụng để sản xuất các sản phẩm mở rộng hoạt động của con người Người ái cập cổ xưa biết sử dụng giấy polymer để viết thư cho đến khi tìm ra được phương pháp điều chế hợp chất cao phân tử khác là giấy

- Năm 1833, Gay lussac tổng hợp được polyester khi đun nóng acid lactic, Braconot điều chế được Nitroxenlolozơ bằng phương pháp chuyển hoá đồng dạng Từ đó mở ra thời kỳ mới, thời kỳ tổng hợp polymer bằng phương pháp hoá học và đi sâu vào nghiên cứu cấu trúc của polymer thiên nhiên

- Đến cuối thế kỹ 19 và đầu thế kỷ 20 việc nghiên cứu hợp chất polymer được phát triển mạnh mẻ

- Nhờ những thành tựu của khoa học kỹ thuật người ta đã áp dụng những phương pháp vật lý hiện đại để nghiên cứu cấu trúc polymer và đưa ra kết luận:

- Các hợp chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn gọi là hợp chất cao phân tử hay polymer, đã được hình thành trong thiên nhiên từ những ngày đầu tồn tại của trái đất thí dụ : xenlulôzơ ( thành phần chủ yếu của thực vật), protit ( thành phần chủ yếu của

tế bào sống)…

- Hợp chất polymer là tổ hợp của các phân tử có độ lớn khác nhau về cấu trúc và thành phần đơn vị cấu trúc monomer trong mạch phân tử

- Các nguyên tử hình thành mạch chính của phân tử lớn có thể tồn tại ở dạng sợi và

có thể dao động xung quanh liên kết hoá trị, làm thay đổi cấu dạng của đại phân tử

- Tính chất của polymer phụ thuộc vào khối lượng phân tử, cấu trúc thành phần hoá học của phân tử, cũng như sự tương tác của các phân tử

- Dung dịch polymer là một hệ bền nhiệt động học, không khác với dung dịch của hợp chất thấp phân tử, nhưng lực tổ hợp và solvate hoá lớn ngay trong dung dịch loãng

- Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học đã thúc đẩy sự phát triển mạnh

mẽ và ứng dụng rộng rãi của các hợp chất polymer

Thí dụ: cao su là vật liệu không thể thiếu trong ngành giao thông vận tải,

nhựa Polyethylene (PE) , polypropylene (PP), ABS, polystyren (PS), poly metyl metacrylat (PMMA), poly butadien (PB), poly etylenterephtalat (PET),… mà sản phẩm gia dụng của nó không thể thiếu trong sinh hoạt hàng ngày Polyester không no, epoxy, PF, UF … là nhựa nền cho vật liệu composite Hơn thế nửa có thể tổng hợp được polymer tinh thể lỏng ứng dụng làm màng hình tinh thể lỏng…

Chương 2: KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA HỢP CHẤT HỮU CƠ-POLYMER 2.1 Khái niệm cơ bản về hợp chất hữu cơ – polymer 3

- Polymer: là hợp chất cao phân tử chứa nhiều nhóm nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết hoá

- Monomer: là những hợp chất cơ bản ban đầu để chuyển hoá thành polymer

- Olygomer: polymer khối lượng phân tử thấp (hợp chất trung gian), chưa mang những đặc trưng tính chất như polymer Sự phân biệt giữa oligomer và polymer không

rõ ràng, tuy nhiên oligomer không có sự thay đổi rõ ràng với những tính chất quan trọng

- Mắc xích cơ sở: là những nhóm nguyên tử lặp đi lặp lại trong phân tử polymer

- Đoạn mạch: là một giá trị trọng lượng của các mắc xích liền nhau sao cho sự dịch chuyển của mắc xích liền sau đó không phụ thuộc vào mắc xích ban đầu

- Nhóm cuối: là nhóm nguyên tử đặc trưng nằm ở cuối mạch polymer Những olygomer hoạt động có chứa nhóm cuối có khả năng tham gia phản ứng trùng hợp, thường được dùng để tổng hợp copolymer và polymer không gian

- Độ trùng hợp (n): biểu thị số mác xích cơ sở có trong đại phân tử của polymer

M

M: khối lượng phân tử trung bình của Polymer

m : khối lượng phân tử của mắc xích

- Khối lượng phân tử của polymer

+ Khối lượng phân tử trung bình số Mn





 i i i i i n

N

M N M

Mi : khối lượng phân tử của mạch i

Ni : số phân tử có khối lượng Mi có trong hệ

Khối lượng phân tử trung bình số thể hiện phần số học các mạch hiện diện trong hổn hợp

+ Khối lượng phân tử trung bình khối Mw





i i i

i i i

N M

N M W

:

Wi Phần khối lượng của mạch phân tử có độ trùng hợp i



 i i i

M Khối lượng trung bình khối là tổng khối lượng các thành phần tính trung bình theo phần khối lượng của từng loại mạch có độ trùng hợp khác nhau

Chỉ số đa phân tán IP : đặc trưng cho độ phân tán của mẫu polymer

n

w P M

 Thí dụ : Trong cao su tổng hợp Ip = 2 trong khi đó cao su thiên nhiên

có độ đa phân tán tương đương 5

Polyester được hình thành từ phản ứn của di – alcol và di – acid

2.3 Phân loại polymer 3

Polymer được phân loại theo nhiều cách khác nhau

- Phân loại theo nguồn gốc: polymer thiên nhiên ( cao su, celluclose, tinh bột, protide…), polymer tổng hợp

+ Polymer thiên nhiên có nguồn gốc thực vật hoặc động vật như xenlulô, cao su tự nhiên, protein, enzym v.v

+ Polymer tổng hợp được sản xuất từ những loại monomer bằng các sản ứng trùng hợp, trùng ngưng như các loại polyolefin, polyvinylclorit, nhựa henolfoamadehyt, polyamit, v.v

- Phân loại theo thành phần hoá học của mạch chính của polymer

+ Polymer mạch carbon: mạch phân tử được cấu thành từ nguyên tử carbon Polymer này được hình thành từ các olyfine hay các dẫn xuất của hydrocarbon

+ Polymer dị mạch: mạch chính được hình thành từ carbon và các nguyên tố phổ biến như : S, O, N, P…

+ Polymer vô cơ: mạch chính của polymer không phải là carbon

- Phân loại theo cấu trúc mạch phân tử

+ Polymer không phân nhánh: - - - - A – A – A – A- - - -

+ Polymer phân nhánh

+ Polymer mạch có cấu trúc không gian

- Phân loại theo đặc điểm liên kết giữa các phân tử thẳng (hay theo tính chịu nhiệt) người ta chia các polymer thành polymer nhiệt dẻo và polymer nhiệt rắn

- Phân loại theo lĩnh vực ứng dụng, vật liệu polymer được chia ra các loại chất dẻo, nylon, sợi, cao su, sơn và keo v.v

2.4 Sự khác nhau giữa hợp chất cao phân tử và hợp chất thấp phân tử

3

Về quan điểm hoá học: hợp chất cao phân tử không khác gì so với hợp chất thấp phân tử nhưng các hợp chất cao phân tử có kích lớn, cồng kềnh khó dịch chuyển chính vì thế khả năng phản ứng của các nhóm chức là chậm so với nhóm chức của hợp chất thấp phân tử

Sự khác nhau cơ bản giữa hợp chất cao phân tử và thấp phân tử là tính chất vật lý Các polymer có khối lượng phân tử lớn, lực tương tác giữa các phân tử lớn cho nên nhiệt độ sôi, nhiệt độ nóng chảy, tỷ khối cao hơn hợp chất thấp phân tử nhất là đối với polymer có tính phân cực lớn

Dung dịch polymer có độ nhớt cao, ngay cả trong dung dịch loãng của polymer độ nhớt cũng cao hơn độ nhớt của dung dịch đặc của hợp chất thấp phân tử Khi hoà tan polymer vào dung môi thì quá trình hoà tan thường chậm và phải qua giai đoạn trung gian là trương lên trước sau đó mới hoà tan Thậm chí có những polymer không tan trong dung môi nào

Các sợi, màng polymer có độ bền cơ học khác nhau, khác với hợp chất thấp phân

tử, đặc biệt phụ thuộc vào hình dạng, cấu trúc và bản chất phân bố tương hổ của các phân tử và nhiệt độ Khi có ngoại lực tác dụng thì các hợp chất cao phân tử không biến dạng hoàn toàn ngay như hợp chất thấp phân tử mà phải trải qua thời gian nhất định Thời gian này càng dài nếu nhiệt độ thấp ở một số polymer như cao su sự biến dạng thuận nghịch gấp hàng nghìn lần so với hợp chất thấp phân tử

2.5 Cấu trúc và liên kết trong vật liệu polymer

2.5.1 cấu trúc 3

Polymer là những phân tử mạch lớn, cấu tạo từ nhiều nhóm hoá học có thành phần giống nhau hoặc khác nhau Các nhóm hoá học này được gọi là mắt xích Các mắt

xích sắp xếp trong mạch theo một trình tự đều đặn hay không đều đặn, có thể phân

nhánh hay có cấu tạo mạng lưới và cấu tạo không gian bất kỳ Phân tử mạch dài có

mức độ đối xứng lớn Chiều dài rất lớn so với chiều ngang, chúng uốn khúc hoặc cuộn

rối Sỡ dĩ có hiện tượng này là do chuyển động quay nội tại của phân tử do mạch quá

dài và do độ có cực quyết định độ mềm của mạch

Hình dạng phân tử Polymer Hình 1: Một số hình ảnh khác về phân tử Polymer

Hình 2:Một số hình ảnh khác về phân tử Polymer

2.5.2 Liên kết trong vật liệu Polymer

2.5.2.1 Phân tử hydrocacbon 5

+ Metan CH4 H-C : góp chung 1e => Liên kết cộng hóa trị

(Liên kết đơn)

• Liên kết nguyên tử C:

• 1S +3P→ SP3: 4

2 P : không lai hóa

Liên kết C-C:

1SP + 1SP → Liên kết 

2 P + 2P → Liên kêt  Liên kết C-H:

1SP + 1ng.tử H →Lkết 

• Cấu hình :

2.5.2.2 Nhận xét: 5

- Liên kết nguyên tử : Cộng hóa trị

- Liên kết bội (Liên kết 2, 3) : liên kết  : không bền

Tác dụng T, chất xúc tác → Bẻ liên kết :

Liên kết 3 → Liên kết 2 → Liên kết đơn

+ Liên kết đơn (hay liên kết σ ) do một cặp electron chung tạo nên và được biểu diễn bằng một gạch nối giữa hai nguyên tử

+ Liên kết đôi do 2 cặp electron chung giữa hai nguyên tử tạo nên Liên kết đôi gồm một liên kết σ và một liên kết π

+ Liên kết ba do 3 cặp electron chung giữa 2 nguyên tử tạo nên Liên kết ba gồm một liên kết σ và 2 liên kết π Liên kết ba được biểu diễn bằng ba gạch nối song song giữa hai nguyên tử

- Liên kết bội (Liên kết 2, 3) : không no

Vì nguyên tử cacbon chưa được liên kết tối đa với 4 nguyên tử khác

Metan CH4 Etan C2H6 Propan C3H8

• Hiện tượng đồng phân: Thành phần giống nhau Sắp xếp ng.tử

Chương 3 TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA HƠP CHẤT HỮU CƠ - POLYME

3.1 Cơ tính của vật liệu hữu cơ 1

Tính chất cơ học của vật liệu polymer cũng được đặc trưng bởi một vài thông số vẫn dùng cho vật liệu kim loại như giới hạn đàn hồi, môdun đàn hồi, giới hạn bền kéo,

độ dai va đập và độ bền mỏi v.v Ða số tính chất cơ lý của polyme rất nhạy với tốc độ biến dạng, nhiệt độ, bản chất hóa học của môi trường như sự có mặt

của ôxy, nước, dung môi hữu cơ v.v

Trong các polymer tinh thể, kích thước và hình dáng tinh thể phụ thuộc vào điều kiện kết tinh cụ thể, còn tính chất cơ học được quyết định bởi cấu trúc polymer thu được

3.1.1 Giới hạn đàn hồi, môdun đàn hồi, giới hạn bền kéo 1

Vật liệu polymer có ba dạng đặc trưng khi biến dạng dưới tác dụng của lực như trình bày trong hình vẽ 10.1

Hình vẽ 10.1 Ðường cong biến dạng của vật liệu polymer giòn (đường A) và dẻo (đường B) và đàn hồi cao (Ðường C)

Ðường A là đường cong biến dạng của polymer giòn, nó bị đứt ngay khi có biến dạng đàn hồi Ðường B với polymer dẻo, biến dạng tương tự như của đa số vật liệu kim loại, nghĩa là đầu tiên là biến dạng đàn hồi, tiếp theo là chảy và sau đó là biến dạng dẻo rồi phá hủy Ðường C là biến dạng hoàn toàn đàn hồi (hay biến dạng hồi phục ở ứng suất thấp) của polymer có độ đàn hồi cao như của cao su và chúng có tên chung là elastomer

Mođun đàn hồi rất khác nhau ở vật liệu polymer Chẳng hạn các polymer đàn hồi cao có thể rất nhỏ chỉ bằng 7 MPa nhưng polymer rất cứng có thể là 4.103 MPa Modun đàn hồi của vật liệu kim loại lớn hơn nhiều và dao động trong khoảng từ 48.103 đến 410.103 MPa

Giới hạn bền kéo của polymer vào khoảng 10 MPa, còn của các hợp kim có thể đến 4.100 MPa nên vật liệu kim loại ít khi giãn dài hơn 100%, trong khi đó các polyme đàn hồi cao có thể giãn dài tới 1.000%

Ngoài ra, tính chất cơ học của polyme nhạy hơn rất nhiều so với vật liệu kim loại với

sự thay đổi nhiệt độ, ngay cả ở nhiệt độ phòng

Hình 10.2 trình bày sự biến dạng của polymetylmetacrylat (plexiglass – thủy tinh hữu cơ) ở một số nhiệt độ trong khoảng từ 4 – 600C

Hình 10.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến đặc điểm biến dạng của polymetylmetacylat Qua hình vẽ ta thấy tăng nhiệt độ sẽ làm giảm modun đàn hồi và giới hạn kéo nhưng làm tăng độ dẻo và ở 40C vật liệu hoàn toàn giòn, còn ở nhiệt độ 50 – 600C vật liệu có thể biến dạng đàn hồi

Ảnh hưởng của tốc độ biến dạng đến tính chất cơ học cũng rất quan trọng Nhìn chung giảm tốc độ biến dạng cũng có ảnh hưởng tương tự như tăng nhiệt độ, có nghĩa

là vật liệu trở nên mềm dẻo hơn

3.1.2 Ðộ dai va đập 1

Polyme có thể bị phá hủy dẻo hoặc giòn trong điều kiện tác dụng của lực va đập phụ thuộc vào nhiệt độ, kích thước mẫu, tốc độ biến dạng và cách tác dụng lực polyme tinh thể và vô định hình giòn ở nhiệt độ thấp và cả hai có độ dai va đập tương đối thấp, chúng có sự chuyển tiếp từ dẻo sang giòn ở khoảng nhiệt độ tương đối hẹp Tuy nhiên, độ dai va đập giảm dần ở nhiệt độ cao hơn vì polyme bắt đầu mềm Thông thường, độ dai va đập cao ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ chuyển tiếp dẻo – giòn thấp hơn nhiệt độ phòng

3.1.3 Ðộ bền mỏi 1

Polyme có thể bị phá hủy do mỏi khi chịu tác dụng theo chu kỳ Tương tự như vật liệu kim loại.Mỏi xảy ra trong polyme ở ứng suất tương đối thấp so với giới hạn bền kéo và hiện tượng mỏi của cả hai loại vật liệu gần giống nhau và đường biểu diễn có cùng dạng tuy nhiên độ bền và giới hạn mỏi của vật liệu polyme nhỏ hơn so với vật liệu kim loại nhiều

3.1.4 Ðộ bền xé và độ cứng 1

Ðộ bền xé là năng lượng cần thiết để xé rách một mẫu có kích thước chuẩn Ðộ bền kéo và xé rách có liên quan với nhau Ðộ bền xé rách là một tính chất quan trọng của một số loại chất dẻo, nhất là những loại dùng ở dạng màng mỏng như bao bì

Ðộ cứng của polyme nói lên khả năng chống cọ xước, xuyên thủng của chúng Các phương pháp đo độ cứng của polyme đều dựa trên nguyên lý tương tự như dùng cho vật liệu kim loại Các tính chất này đôi khi có ảnh hưởng rất lớn đến việc lựa chọn polyme trong một số ứng dụng đặc biệt

3.1.5 Ðộ bền phá hủy vật liệu polyme 1

Ðộ bền phá hủy của vật liệu polyme tương đối thấp so với vật liệu kim loại và gốm Nhìn chung sự phá hủy của polyme nhiệt rắn là giòn Trong quá trình phá hủy hình thành các vết nứt ở những nơi tập trung ứng suất

Polyme nhiệt dẻo có thể bị phá hủy dẻo hoặc giòn và một số lớn của loại polyme này có khả năng chuyển từ dạng dẻo sang dạng giòn Các yếu tố làm thuận lợi cho quá trình phá hủy giòn là nhiệt độ thấp, tốc độ biến dạng lớn, các vết nứt có sẵn và chiều dày của mẫu lớn

Các loại nhựa nhiệt dẻo giống thủy tinh, chúng giòn ở nhiệt độ tương đối thấp, khi nhiệt độ tăng, chúng trở nên dẻo ở nhiệt độ gần với nhiệt độ thủy tinh hóa và có biến dạng dẻo trước khi bị phá hủy Ở 40C chất dẻo polymetylmetacrylat PMMA hoàn toàn giòn, còn ở nhiệt độ từ 600C trở lên chúng lại trở nên rất dẻo Có một hiện tượng khác tham gia vào quá trình phá hủy của các polyme nhiệt dẻo đó là sự rạn nứt giống như

trong thủy tinh Các vết nứt tế vi được hình thành ở những vùng chịu ứng suất cao, nơi

có nhưng tạp chất và các vết xước Hiện tượng này xảy ra theo chiều vuông góc với lực tác dụng Ðồng thời với việc rạn nứt, có những vùng chảy cục bộ đưa đến việc hình thành các mạch định hướng và những lỗ nhỏ, chiều dày của các vết nứt này chỉ khoảng 5 m hoặc nhỏ hơn

Khác với những vết nứt vĩ mô, vết nứt tế vi cũng vẫn có thể chịu lực Đương nhiên lực tác dụng phải nhỏ hơn giá trị khi vật liệu chưa rạn nứt Nếu lực tác dụng đủ lớn, các vết nứt lớn sẽ hình thành từ các vết nứt tế vi do cấu trúc bị phá hủy và các lỗ rỗ phát triển Dưới tác dụng tiếp của lực, vật liệu sẽ bị phá hủy dọc theo các vế nứt này

3.2 Lý tính của vật liệu hữu cơ

3.2.1 Khối lượng riêng 1

Polyme có khối lượng riêng không cao lắm và đây chính là một lợi thế và là một trong những yếu tố làm cho loại vật liệu này được ứng dụng rộng rãi khi mà các kỹ sư thiết kế cần những chi tiết nhẹ hoặc những chi tiết không cần độ bền cơ học cao lắm Khối lượng riêng của polyme nhỏ là do các nguyên tử trong mạch chính (chủ yếu là các bon và hydrô) có khối lượng nguyên tử nhỏ

Giới hạn bền riêng (tỉ lệ giữa giới hạn bền kéo và khối lượng riêng) của một số polyme cao hơn so với giới hạn bền riêng của một số vật liệu kim loại

3.2.2 Tính chất nhiệt 1

Polyme có hệ số giãn nở nhiệt cao hơn vật liệu kim loại hoặc các vật lịêu có liên kết ion do liên kết giữa các mạch trong polyme thuộc loại có cường độ yếu Sự khác nhau lớn về hệ số giãn nở nhiệt của polyme và vật liệu kim loại là một thông số quan trọng cần xét đến trong những thiết kế có dùng đến cả hai loại vật liệu này Thí dụ, các chi tiết chất dẻo lắp ghép trên trục kim loại khi nhiệt độ nâng cao có thể làm giảm liên kết giữa polyme và vật liệu kim loại và có thể dẫn đến những vết nứt trên bề mặt vật liệu polyme

Ðộ dẫn nhiệt của polyme cũng tương đối thấp Ðặc điểm này cho phép ứng dụng polyme như: chất cách điện, nhất là dưới dạng bọt, mút Các bọt polyuretan, polystyren, PVC, v.v có độ dẫn nhiệt rất thấp chỉ khoảng 0,035W/m0C

3.2.3 Tính chất điện 1

Polyme có đện trở rất cao khoảng từ 1015 – 1018 cm do trong polyme thông thường không có những phần tử tích điện vì thế polyme là những chất các điện tuyệt vời Do có điện thế xuyên thủng cao (150 – 300 kV/cm) và dễ gia công nên polyme được dùng nhiều để bọc dây điện, cáp và các dụng cụ điện như công tắc hộp điện v.v Người ta cũng dùng polyetylen thật tinh khiết để bọc dây cáp điện viễn thông dưới nước cho đến tần số 30 MHz hay dùng màng polypropylen định hướng với chiều dày khoảng vài micromet để thay thế giấy trong các tụ điện v.v

Những năm gần đây người ta đã hoàn thiện phương pháp sản xuất polyme dẫn điện để làm điện châm (electret) Những chất dẫn điện này là những chất cách điện đã được tích điện (charge) vĩnh cửu, thường làm từ nylon hay polypropylen bằng cách nâng tới nhiệt độ cao hơn nhiệt độ thủy tinh hóa rồi đưa vào điện trường mạnh một chiều hoặc phóng điện trong môi trường ion hóa Các châm điện này chủ yếu dùng để sản xuất microphon, thực tế là microphon tụ điện Vì đã được tích điện vĩnh cửu nên không dùng nguồn ở ngoài

3.2.4 Tính chất quang 1

Một số polyme có tính chất quang rất thú vị Thí dụ Polymetylmetacrylat

(PMMA) là polyme nhiệt dẻo trong suốt điển hình dùng để làm kính không vỡ có hệ

số truyền ánh sánh trông thấy lên tới 50% cho chiều dày 3m

Các polycacbonat có hệ số truyền ánh sáng nhỏ hơn đối với ánh sáng trông thấy nhưng không nhạy cảm với những vết xước do đó được dùng để làm thấu kính cho các máy quang học như ống nhòm, máy ảnh, hay làm mũ bảo hộ lao động, kính bảo hiểm, đèn ô tô, v.v

3.2.5 Tính bất đẳng hướng 3

Khi tác dụng ngoại lực lên mẫu theo hai hướng khác nhau, lực tác dụng theo chiều dọc cần phải lớn thì mẫu mới bị biến dạng hoặc bị đứt Trong khi đó hướng lực tác dụng ngang nhỏ nhưng mẫu đã bị biến dạng (hoặc bị đứt) Hiện tượng không đồng nhất về tính chất của polymer gọi là tính bất đẳng hướng

Sở dĩ có tính chất đó là do các phân tử định hướng, sắp xếp theo chiều của ngoại lực tác dụng Muốn làm biến dạng theo chiều dọc các phân từ cần phải tác dụng lực rất lớn tác động lên mối nối hoá học và gốc hoá trị Như vậy có nghĩa là độ bền theo chiều dọc phân tử khá lớn

Muốn làm biến dạng theo chiều ngang các phân tử chỉ cần dùng một lực thắng được lực tác dụng tương hỗ giữa các phân tử Năng lượng liên kết này bé hơn rất nhiều so với năng lượng liên kết của các mối nối hoá học, do vậy độ bền cũng kém hơn Hiện tượng bất đẳng hướng có thể thấy rõ nhất ở tính chất của sợi

3.2.6 Tính có cực của polymer 3

Những polymer mà phân tử có các mối nối có cực không đối xứng với nhau, là những polymer có cực ( lưỡng cực) Các phân tử không có mối nối có cực hoặc có những sắp xếp đối xứng và cân bằng với nhau gọi là các polyme không cực

Mối nối giữa các nguyên tử là có cực khi sự phân bố mật độ các đám mây điện tử

do mối nối tạo ra không đối xứng Ví dụ trong phân tử HF, mật độ đám mây điện tử ở nguyên tử F lớn hơn nguyên tử H

Mức độ có cực được đánh giá bằng đại lượng mômen lưỡng cực (µo) Mômen lưỡng cực bằng tích số đại lượng điện tích q và khoảng cách giữa các điện tích :

µo = q.l Khoảng cách giữa các điện tích càng lớn, thì momen lưỡng cực càng lớn và phân

tử càng có cực Sự dịch chuyển của điện tử từ không thể vượt khỏi kích thước phân tử

và vào khoảng 10-8cm

C C

H

H H

Tuy nhiên, sự có mặt các nhóm có cực trong phân tử không phải luôn luôn thể hiện được mức độ có cực của phân tử Nếu các mối nối có cực trong phân tử sắp xếp đối xứng thì điện trường của chúng bù trừ lẫn nhau, nên mômen lưỡng cực của phân tử bằng 0 Như thế mức độ có cực của polymer có thể xác định được theo độ có cực của nhóm có trong thành phần polymer, nhưng phải tính đến cách sắp xếp của các nhóm này torng không gian có đối xứng hay không và phải tính đến mật độ phân bố của chúng dọc theo mạch

3.2.7 Hình thái cấu tạo và hình thái sắp xếp 3

Hình thái cấu tạo: trong một mạch polymer dài có thể có các hình thái cấu tạo khác nhau Ví dụ như polyisopren có hai hình thái cấu tạo bền vững:

Cấu tạo trans – guttapers

Hình 1.1 : cấu tạo trans-guttapersa Hình 1.2 : cấu tạo cis-cao su thiên nhiên

H CH3 CH3 H CH3 H H CH3

Cấu tạo loại syn diotactic có dạng sau (dạng đối xứng) :

Hình 1.4 : Cấu tạo Syndiotactic

Muốn biến đổi từ trạng thái trans sang trạng thái cis hoặc từ trạng thái isotactic sang trạng thái sindiotactic không thể bằng cách quay nội tại trong phân tử, vì trong cấu tạo của hai polyme này đều có gốc R tương đối lớn, chúng sẽ làm cản trở sự quay của phân tử

Muốn thắng sức cản này, cần phải cung cấp một năng lượng rất lớn Do đó hai dạng hình thái cấu tạo trên không thể biến đổi lẫn nhau được

Như vậy : hình thái cấu tạo là sự sắp xếp các nguyên tử trong không gian theo những

vị trí cố định ứng với cấu tạo hoá học xác định

Hình thái sắp xếp : là sự thay đổi vị trí các nguyên tử trong không gian và năng lượng của phân tử do chuyển động nhiệt làm xuất hiện sự quay nội tại trong phân tử Trong trường hợp này không làm đứt các liên kết hoá học

Tóm lại : hình thái cấu tạo của polymer là hình thái bền vững, không thể biến đổi lẫn nhau được Còn hình thái sắp xếp là do chuyển động nhiệt làm cho các nhóm nguyên tử hoặc mắt xích trong phân tử luôn luôn thay đổi vị trí trong không gian

3.2.8 Tính mềm dẻo của mạch polymer 3

Các tính chất vật lý của hợp chất cao phân tử thường phụ thuộc vào cấu tạo hoá học của chúng Mối quan hệ giữa tính chất vật lý và cấu tạo hoá học của polyme rất phức tạp Muốn hiểu được quan hệ này, trước tiên chúng ta cần xét đến độ mềm dẻo của mạch cao phân tử

Nguyên nhân chính làm cho mạch polyme mềm dẻo là từ sự quay nội tại của các phần tử riêng lẻ trong phân tử Ngoài ra còn do kích thước của mạch polyme không cân đối _ nghĩa là chiều dài của mạch rất lớn so với chiều ngang

Sự quay nội tại trong phân tử là hiện tượng quay của một phần tử tương ứng với phần

Hình 1.5 : hiện tượng quay nội tại của phân tử polyme Trong mạch phân tủ polyme, các góc hoá trị là đại lượng hoàn toàn xác định, khi các mắt xích quay thì góc hoá trị có thể thay đổi nhưng không đáng kể Như thế vị trí của mắt xích sau phụ thuộc vào mắt xích trước Như vậy thực tế polyme không thể quay hoàn toàn tự do, như thế mạch phân tử ít thay đổi hình thái sắp xếp hơn, nhưng vẫn có khả năng uốn khúc

Nhưng trong thực tế, polymer là một hệ thống gồm nhiều đại phân tử, trong đó sự quay nội tại của phân tử bị cản trở do lực tác dụng tương hỗ giữa các nguyên tử không

có liên kết hoá học với nhau Nghĩa là có thể do lực tác dụng giữa các nguyên tử trong cùng một mạch (lực nội phân tử), và giữa các nguyên tử của các mạch khác nhau nhưng nằm cạnh nhau (lực tác dụng giữa các phân tử)

Lực tác dụng giữa các phân tử trong polyme có thể là lực liên kết hydrô, lực Vanderwal (tĩnh điện), lực phân tán, lực định hướng, lực biến dạng Tuy nhiên, ở đây chúng ta chỉ quan tấm đến lực tương hỗ nội phân tử

+ Tác dụng tương hỗ ở khoảng cách gần : là lực tác dụng tương hỗ giữa các nguyên

tử hay nhóm nguyên tử gần nhau (giữa các nguyên tử giữa các mắt xích)

+ Tác dụng tương hỗ ở khoảng cách xa : là lực tác dụng tương hỗ giữa các nguyên

tử và nhóm nguyên tử của các mắt xích ở cách xa nhau Lực này xuất hiện trong trường hợp mạch polyme cong hướng đến các vị trí gần nhau, và như thế giữa các mắt xích xuất hiện lực kéo hoặc lực đẩy

Do đó tác dụng tương hỗ ở khoảng gần gây cản trở quay tự do

Trong quá trình quay của một phần tử tương ứng với phần tủ khác trong mạch, lực nội phân tử sẽ làm thay đổi thế năng của mạch polyme

Nếu một vị trí của mắt xích có thế năng U1 do chuyển động nhiệt đến vị trí có thế năng U2 thì năng lượng chuyển dịch vị trí này đến vị trí khác là ∆U

Và ∆U quyết định tính mềm dẻo của mạch polyme và điều kiện ở cân bằng nhiệt động nên gọi là độ mềm nhiệt động

Tuy nhiên ngoài khả năng uốn khúc, còn có vận tốc chuyển dịch từ vị trí này tới vị trí khác Và vận tốc biến đổi hình thái sắp xếp phụ thuộc vào tỉ lệ thềm thế năng quay nội tại U0 và năng lượng của ngoại lực Do đó, U0 còn được gọi là độ mềm động học Hai độ mềm dẻo nhiệt động và động học có thể không trùng nhau khi độ mềm nhiệt động học lớn, vận tốc quay của các mắt xích có thễ bé (mạch vẫn có thể cứng)

Sự quay và sự chuyển dịch của các mắt xích từ một vị trí này tới một vị trí khác chỉ xảy ra khi có năng lượng dự trữ cần thiết Điều đó có nghĩa không phải các mắt xích

có thể chiếm bất kỳ một vị trí nào trong không gian, mà chỉ có một số vị trí cho phép

do có mặt lực tác dụng tương hỗ, tuy nhiên nếu đại phân tử không có năng lượng dự trữ cần thiết thì các mắt xích không thể quay, nhưng chúng có thể chuyển động nhiệt đặc trưng (các dao động xung quanh các vị trí có năng lượng cực tiểu)

Dao động này cũng tạo cho polyme mềm dẻo, dao động càng lớn mạch càng mềm

3.3 Khái niệm hiện đại về cấu trúc ngoại vi phân tử polymer 3

Như chúng ta đã biết, tính chất các hợp chất thấp phân tử ở trạng thái ngưng tụ không những chỉ phụ thuộc vào thành phần và cấu tạo, mà còn phụ thuộc vào sự sắp xếp tương hỗ giữa chúng với nhau, có nghĩa là cấu trúc của vật thể Điển hình nhất là hiện tượng chuyển pha (nóng chảy, kết tinh hoặc chuyển từ một dạng tinh thể này về dạng khác ), khi đó hàng loạt các tính chất lý học thay đổi do sự biến đổi cấu trúc

Ở các chất lỏng, các phân tử luôn sắp xếp theo thứ tự gần và khi kết tinh xuất hiện thứ tự xa Trong nhiều năm, việc nghiên cứu trật tự sắp xếp của các đại phân tử đã giải thích được khả năng tổng hợp polyme ở trạng thái tinh thể hoặc vô định hình và nghiên cứu dạng mạng lưới tinh thể

Cấu trúc của polyme theo thuyết « cấu tạo mixel » , thì mỗi mixel là một tập hợp các đại phân tử mạch cứng dưới dạng bó Nhưng thuyết này không thể giải thích được các tính chất của polyme và hoàn toàn không thể giải thích được quá trình hoà tan của polyme

Sự phát triển của những giả thuyết về độ mềm dẽo của mạch polyme cũng như những tài liệu thực nghiệm về cấu trúc của chúng đưa đến việc tạo nên giả thuyết về

sự sắp xếp tương hỗ trong cấu trúc của polyme Chẳng hạn người ta coi cao su như là một tập hợp các mạch rất dài và cuộn rối lại với nhau Dưới ảnh hưởng nhiệt, chúng luôn luôn thay đổi hình dạng

Ngoài ra còn có giả thuyết khác đưa ra mô hình mẫu polyme tinh thể, trong đó cùng tồn tại các vùng tinh thể và vô định hình và một mạch phân tử có thể đi qua các vùng tinh thể và vô định hình Theo mô hình này, ở các vùng vô định hình các mạch phân tử có thể nằm cuộn rối lại với nhau

Ngày nay, những kết quả nghiên cứu bằng kính hiển vi điện tử, người ta đưa ra những lí thuyết mới – lý thuyết về cấu trúc ngoại vi phân tử polyme : là cấu trúc bất

kỳ, được tạo nên do sự sắp xếp khác nhau của các đại phân tử, hay nói một cách khác

là polyme được đặc trưng bằng nhiều loại cấu trúc ngoại vi phân tử ở trạng thái tinh thể và bởi khả năng ổn định trình tự sắp xếp ngay từ trong trạng thái vô định hình

3.3.1 Cấu trúc ngoại vi phân tử của polyme vô định hình 3

Nếu như các đại phân tử đủ mềm dẻo, thì chúng sẽ cuộn lại thành những hạt hình cầu và đượi gọi là cấu trúc dạng cầu Sự sắp xếp tương hỗ các phần của đại mạch phân

tử bên trong cấu trúc này không theo thứ tự nào cả Và nếu như một polyme có cấu dạng hình cầu thì nó nằm ở trạng thái vô định hình

Trong những dung dịch loãng, phần lớn các đại phân tử có dạng hình cầu, cho nên phương pháp chung để đưa polyme về cấu trúc có dạng hình cầu là làm bay hơi dung môi khỏi dung dịch ở nhiệt độ tương đối thấp

Có sự hình thành hình cầu là do nội lực phân tử lớn hơn nhiều so với lực tác dụng tương hỗ giữa các phân tử Nhưng để chuyển từ dạng thẳng về dạng cầu, mạch phân

tử cần có độ mềm dẻo lớn hơn để có thể cuộn tròn lại Lực tác dụng tương hỗ giữa các nhóm nguyên tử trong mạch càng lớn thì mạch càng có khả năng chuyển vào dạng cầu Cho nên đôi khi những mạch phân tử rất cứng nhưng có nội lực phân tử lớn nên vẫn có thể ở dạng cầu Trong khi đó những đại phân tử không cực, mạch mềm vẫn có cấu trúc dạng thẳng

Dung dịch các polyme ở dạng cầu, có độ nhớt thấp hơn và phù hợp với định luật Einstein và nó cũng giống như những dung dịch keo bình thường khác Ở trạng thái thuỷ tinh chúng không có biến dạng mềm cao nên bắt buộc giòn Độ bền của chúng phụ thuộc vào giới hạn phân chia bề mặt giữa các hạt hình cầu với nhau Nếu như kết

bó chặt chẽ thì polyme trong suốt và có độ bền cao hơn Trong trường hợp ngược lại chúng sẽ đục và có độ bền giảm đi Mạch phân tử có dạng cầu sẽ tạo thuận lợi trong quá trình hoà tan polyme

Ngoài ra những polyme mạch cứng thì đại phân tử không thể cuộn tròn lại mà nó ở dạng thẳng ( trạng thái bất đối xứng) hay còn gọi là dưới dạng bó Đặc điểm của dạng

bó là là chiều dài của nó lớn hơn rất nhiều so với chiều dài của từng mạch riêng biệt Nếu như polyme ở trạng thái mềm cao : Đối với những mạch đại phân tử rất mềm dẻo và linh động thì các hạt hình cầu có thể liên kết lại với nhau thành hạt có kích thước lớn hơn Đối với những mạch không cứng lắm, hoặc nếu lực tác dụng nội phân

tử đủ lớn, thì hạt dạng cầu đơn phân tử có thể tồn tại ở nồng độ khá lớn, thậm chí ở cả

trạng thái rắn Như vậy thấy rằng điều kiện để xuất hiện cấu trúc dạng cầu có thể do mạch đại phân tử riêng biệt cuộn tròn lại hoặc có thể được tạo thành trực tiếp trong quá trình trùng hợp

Qua đây, ta thấy rằng ở trạng thái vô định hình, các phân tử polyme không phải lúc nào cũng ở trạng thái cuộn rối, hoặc sắp xếp không theo một trật tự nào, trái lại chúng

có thể sắp sếp theo những thứ tự nhất định và đó chính là điều kiện cơ bản đầu tiên để polyme có thể kết tinh

3.3.2 Cấu trúc ngoại vi phân tử của polyme tinh thể 3

Chúng ta đã biết rằng, những đơn vị cấu trúc thẳng có nhiều khả năng để phát triển thành dạng cấu trúc có mức độ thứ tự cao hơn Vì vậy, chúng ta đặc biệt chú ý đến cấu trúc ngoại vi phân tử ở dạng bó Ở trạng thái vô định hình, các cấu trúc dạng bó có hình dạng cân đối và trong một số trướng hợp có khả năng tập hợp lại và tạo thành các fibril hoặc zendrit có kích thước lớn hơn Như vậy trong quá trình kết tinh polyme sẽ hình thành nên nhiều dạng cấu trúc ngoại vi phân tử phức tạp

Trong cấu trúc dạng bó các đại phân tử sắp xếp song song và nối tiếp.Nếu cấu trúc dạng bó từ những mạch phân tử không điều hoà, thì đại phân tử bị uốn cong lại thành hình dạng có nhiều góc cạnh và khi đó không thể tham gia vào quá trình kết tinh được Cấu trúc dạng bó khi tham gia vào quá trình kết tinh có giới hạn phân chia và đựơc đặc trưng bằng sức căng bề mặt Khi đó nó trở thành pha mới pha tinh thể Đối với những cấu trúc như vậy ứng suất nội tại sẽ nhỏ, nhưng những cấu trúc dài và mỏng có năng lượng bề mặt dư, do đó chúng có khả năng gấp lại dưới dạng băng gấp và khi đó

bề mặt không lớn

Hình 1.6 : Bó thẳng Hình 7 : Bó có dạng gấp khúc

Nó không chỉ dừng lại ở dạng băng gấp mà còn có thể sắp xếp lại để tạo thành cấu tạo dưới dạng « tấm » nhằm giảm sức căng bề mặt

Chương 4 SỬ DỤNG VẬT LIỆU HƯU CƠ – POLYME

4.1 CHẤT DẺO

4.1.1 Khái niệm về chất dẻo 1

Chất dẻo là những vật liệu có tính dẻo Tính dẻo của vật liệu là tính bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt độ, của áp lực bên trong và vẫn giữ nguyên được sự biến dạng khi thôi tác dụng

4.1.2 Ðặc điểm và phân lọai chất dẻo 1

4.1.2.1 Đặc điểm

Chất dẻo: là một trong những sản phẩm quan trọng và có ứng dụng rộng rãi nhất

của vật liệu polyme được sử dụng lớn cả về số lượng lẫn sản lượng trong thực tế Theo định nghĩa chất dẻo là một vật liệu có thể biến dạng mà không bị phá hủy và có thể định hình với áp lực thấp nhất hoặc có thể đúc Tuy nhiên có thể hiểu một cách đơn giản rằng chất dẻo là sản phẩm thu được bằng cách trộn polyme với các chất phụ (hay còn được gọi là chất độn), chất hóa dẻo và chất tạo màu v.v

Chất độn: là chất được cho vào chủ yếu nhằm giảm giá thành sản phẩm vì chúng

thường là rẻ Các chất độn hay dùng là mùn cưa, đật sét, bột nhẹ v.v

Chất hóa dẻo: là những chất cho thêm vào nhằm làm tăng tính dẻo, làm giảm độ

cứng của polyme Các chất hóa dẻo thường dùng ở trạng thái lỏng Thí dụ chất hóa dẻo thường dùng cho polyme ở nhiệt độ thường là nhựa PVC, nhựa epoxy, các loại este plytalat v.v

Chất nhuộm màu: là tạo cho chất dẻo có màu sắc nhất định Chúng thường là các

loại thuốc nhuộm hoặc bột màu Chất nhuộm thường hoà tan và trở thành một phần trong cấu trúc của polyme Chất bột màu thường ở dạng bột và không tan, chỉ nằm xen kẽ trong cấu trúc của polyme thí dụ như bột TiO2, ZnO tạo mầu trắng, còn CdS tạo mầu vàng, v.v

Chất dẻo được sử dụng khá rộng rãi và ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân vì chúng có những tính chất quý báu mà các vật liệu khác không

4.1.2.2 phân loại chất dẻo: gồm có hai loại là chất dẻo nhiệt dẻo và chất dẻo nhiệt rắn

- Nhựa nhiệt dẻo : Là loại nhựa khi nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm Tm thì nó chảy mềm ra và khi hạ nhiệt độ thì nó đóng rắn lại Thường tổng hợp bằng phương pháp trùng hợp Các mạch đại phân tử của nhựa nhiệt dẻo liên kết bằng các liên kết yếu (liên kết hydro, vanderwall) Tính chất cơ học không cao khi so sánh với nhựa nhiệt rắn Nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh được nhiều lần, ví dụ như : polyetylen (PE), polypropylen (PP), polystyren (PS), poly metyl metacrylat (PMMA), poly

butadien (PB), poly etylen tere phtalat (PET), 1.Sau lần sử dụng I có thể sấy nóng hoặc nấu chảy, rồi tạo hình để tái sử dụng

 Cấu trúc : bán tinh thể

Mạch thẳng (chính): Tinh thể - Liên kết cộng hóa trị

Mạch nhánh(phụ): Vô định hình - Liên kết Vandevan

* Bọc dây cáp điện, đường ống : PVC

* Kéo sợi, vải bố lốp ôtô : PET

- Nhựa nhiệt rắn: là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng thái

không gian 3 chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học và sau đó

không nóng chảy hay hòa tan trở lại được nữa, không có khả năng tái sinh Một số loại nhựa nhiệt rắn: ure focmadehyt [UF], nhựa epoxy, phenol focmadehyt [PF], nhựa melamin, poly este không no 1

- Nhựa nhiệt rắn: là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng thái

không gian 3 chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học và sau đó

không nóng chảy hay hòa tan trở lại được nữa, không có khả năng tái sinh Một số loại nhựa nhiệt rắn: ure focmadehyt [UF], nhựa epoxy, phenol focmadehyt [PF], nhựa melamin, poly este không no 1 Sau lần sử dụng I không thể sấy nóng hoặc nấu chảy => không tái sử dụng được

Polyme nhiệt dẻo Acrylic

(polymetylmetacrilat,PMMA

)

Lucite Plexiglass

Truyền ánh sáng Bền với thời tiết

Cơ tính: trung bình

Kính, cửa máy bay Dụng cụ đo, thiết

kế Flocacbon

(PTFE hay TFE)

Teflon TFE HalonTFE

Trơ với môi trường

Hệ số ma sát: nhỏ Tvl = 260oC

Chất bọc chống

ăn mòn Van, đường ống Màng chống dính

Chi tiết điện tử Tvl -cao

Polyamit

(PA)

Nylon Zytel Plaskon

Cơ tính: tốt

Hệ số ma sát : nhỏ Hút: nước, chất lỏng

Ổ trượt, bánh răng Bàn chải, tay cầm Bọc: dây, cáp điện

Polyme nhiệt dẻo Polycacbonat

(PC)

Merlon Lexan

Kich thước: ổn định Trong suốt

Cơ tính: ak-tốt Hóa tính: t.bình

Bảo hộ lđ: mặt nạ,

kính Chụp đèn Mái che nhà, siêu

thi Polyetylen

(PE)

Alathon Petrothene Hi-fax

Cách điện tốt Hóa tính: bền

Cơ tính: mếm dẻo

Chai, lọ, màng b.gói Khay đựng đá, đồ

chơi

Vỏ ắc quy Polypropylen

(PP)

Pro-fax Tenite Moplen

Cách điện Hóa tính: bền Bền với thay đổi T

Chai, lọ đựng dược liệu Màng bao gói

Vỏ TV, valy, túi dulịch

Polyme nhiệt dẻo Polystyren

(PS)

Styron Luxtrex Rexolite

Cách điện Chịu nhiệt Trong suốt K.thước: ổn định

Làm tường

Vỏ ắcquy Bảng điện

Đồ chơi, đồ gia đình Polyvinyl

clorit (PVC)

PVC Pliovic Saran,Tygon

CứngPhụ gia:

chất hóa dẻo

Bọc : dây, cáp điện Ống dẫn Thảm tr.nhà;Băng gh.âm Polyeste

(PTE)

Mylar Celanar Dacron

Bền:độ ẩm, axit, chất béo, d môi Mềm dẻo, bền xé

Vải sợi Màng lốp xe Băng từ tính

Polyme nhiệt rắn

Epi-rez Araldite

Cách điện Chống ăn mòn

Độ bền , Dính bám

: tốt

Vật liệu đúc Sơn bảo vệ; Keo

dán Vật liệu composite

Durite Resinox

K.thước ổn định Tlv = 150oC Trộn: nhựa, chất

độn

Bọc môtơ, dụng

cụ điện

Vỏ điện thoại

Polyeste Selectron

Laminac Paraplex

Cách điện Chịu nhiệt tốt B.Sung: sợi gia cường

Mặt nạ Đ.thuyền composite C.tiết ôtô; Ghế; Quạt Silicon Nhựa DC Cách điện ; Chịu

nhiệt Bền hóa

Chất dẻo lớp Cách điện ở T-cao

4.2 Gia Công Polymer

4.2.1 Phối liệu 5

Hạt nhựa + Chất phụ gia + Chất gia cường

• Hạt nhựa bao gồm: nhựa PVC, PP, PE, PA, PS,……

• Chất độn

- Mục đích : Làm giảm giá thành sản phẩm

- Bột màu vô cơ

 Mục đích tạo màu sắc đa dạng cho những sản phẩm, phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng

- Sợi thủy tinh làm tăng độ bền

- Sợi graphit làm tăng độ bền

- Sợi polyamit thơm (Kelva) làm tăng độ bền

- Mica làm tăng khả năng cách điện, bền hóa, bền nhiệt

- Amian có tác dụng làm phanh, khớp nối, lóp cách nhiệt

- Bột graphit làm tăng khả năng bôi trơn