Vật liệu phi kim loại

Vật liệu phi kim loại Bản chất phân loại Ceramic hay gọi vật liệu vô tạo thành từ hợp chất hóa học giữa: - kim loại (Me) với kim bao gồm B, C, N, O Si (bán kim loại hay bán dẫn) bao gồm borit, cacbit, nitrit, ôxyt, silixit kim loại hay - kim kết hợp với cacbit, nitrit, ôxyt bo silic (SiC, BN, SiO2) biểu thị hình 7.1 Hình 7.1 Các khả kết hợp nguyên tố hóa học để tạo nên ceramic Với kết hợp đa dạng làm cho ceramic đa dạng thành phần hóa học tính chất Theo dạng hợp chất hình thành, ceramic có nhiều loại như: + đơn ôxyt kim loại (Al2O3 gốm corindon), + đơn ôxyt bán kim loại (SiO2 thủy tinh thạch anh), + hỗn hợp nhiều ôxyt kim loại (sứ, thủy tinh silicat), + đơn nguyên tố (bo, cacbon), + cacbit, nitrit kim loại kim (TiC, SiC, BN, ZrN ) Có thể phân loại ceramic theo thành phần hóa học, theo cấu trúc, theo phương pháp công nghệ, lĩnh vực sử dụng Theo đặc điểm kết hợp, thịnh hành cách phân loại ceramic làm ba nhóm chính: • gốm vật liệu chịu lửa • thủy tinh gốm thủy tinh • ximăng bêtông Liên kết nguyên tử Do ceramic tạo nên từ nguyên tố có chất hóa học khác nhau: kim loại kim, nên có liên kết cấu trúc phức tạp khác với kim loại Khác với kim loại (chủyếu có liên kết kim loại), ceramic liên kết kim loại mà kết hợp liên kết ion liên kết đồng hóa trị Ví dụ, tỷ lệ liên kết ion nguyên tố K, Mg, Zr, Ti, Al, B, Si, C với ôxy 90, 80, 67, 63, 60, 45, 40, 22% (phần lại liên kết đồng hóa trị) Chính có liên kết phức hợp lượng liên kết ceramic tương đối lớn, khoảng 100 đến 500kJ/mol (cao kim loại, 60 đến 250kJ/mol) nên có nhiệt độ nóng chảy cao, mật độ cao, cứng, giòn, suốt cách điện cao Cũng đặc điểm liên kết mà cấu trúc tinh thể ceramic khác với kim loại, cụ thể là: - Cấu trúc tinh thể phức tạp, - Ngoài cấu trúc tinh thể (phức tạp), ceramic tồn trạng thái vô định hình Trạng thái vô định hình Trạng thái vô định hình ceramic tạo thành đường khác - Một số nguyên tố, hợp chất (S, SiO2, B2O3, P2O5 ) với cấu trúc mạng chặt chẽ, mức độ liên kết nội cao nên độ sệt (nhớt) cao trạng thái nóng chảy, gây trở ngại cho dịch chuyển, xếp nguyên tử trật tự, tạo nên mầm cho kết tinh Những chất chất nên hỗn hợp nóng chảy làm nguội bình thường trình kết tinh, trạng thái nóng chảy chuyển thành chất lỏng nguội, đông cứng lại thành chất rắn thủy tinh Các vật liệu nhiệt độ nóng chảy (kết tinh) xác định vật liệu tinh thể, chuyển trạng thái từ từ khoảng nhiệt độ - Với hợp chất có độ sệt (nhớt) không cao làm nguội nhanh nhận trạng thái vô định hình Hình 7.11 Sơ đồ cấu trúc theo không gian hai chiều của: a tinh thể thạch anh (SiO2), b thủy tinh thạch anh (SiO2), c thủy tinh natri silicat (Na2O - SiO2) Hãy lấy thủy tinh SiO2 dẫn suất làm ví dụ (hình 7.11) Tinh thể thạch anh SiO2 tạo thành từ mạng lưới không gian ba chiều khối bốn mặt (đa diện phối trí) [SiO4]4 - (trên hình vẽ theo không gian hai chiều), khối liên kết với qua đỉnh, xếp cách có quy luật, trật tự, có yếu tố đối xứng cao (hình a) Ngược lại trạng thái vô định hình khối xếp không theo quy luật hình học nào: chúng bị xô lệch thủy tinh thạch anh (hình b), hay ion chất cho thêm (Na+ NaO) phân bố vào vị trí trống mạng vốn bị xô lệch thủy tinh silicat (Na2O - SiO2) hình c, làm giảm mức độ liên kết khung thủy tinh chí gây đứt mạng Cơ tính Nhược điểm quan trọng làm hạn chế sử dụng rộng rãi ceramic tính vật liệu kim loại mà chủ yếu dễ dẫn đến phá hủy giòn cách nguy hiểm với lượng hấp thụ thấp a Phá hủy giòn ceramic Ở nhiệt độ thường, tác dụng tải trọng kéo ceramic tinh thể lẫn vô định hình thường bị phá hủy giòn mà không xảy biến dạng dẻo trước mà nguyên nhân chủ yếu nứt (đặc biệt nứt bề mặt), rỗng với số lượng lớn đặc thù ceramic từ cấu trúc tinh thể mà từ công nghệ chế tạo (sẽ nói sau) Như biết ceramic có giá trị KIC nhỏ (< MPa ) so với vật liệu kim loại (30 100MPa ) Sự phá hủy ceramic xảy cách phát triển từ từ vết nứt ứng suất tĩnh Hiện tượng gọi mỏi tĩnh hay phá hủy chậm Dạng phá hủy đặc biệt nhạy cảm với điều kiện môi trường, có nước khí Quá trình ăn mòn ứng suất xảy đỉnh vết nứt có kết hợp ứng suất kéo đặt vào hòa tan vật liệu (do ăn mòn) làm cho nứt bị nhọn dài có đủ kích thước để phát triển nhanh Trong trường hợp chịu ứng suất nén, tập trung ứng suất có nứt, ceramic có độ bền trạng thái nén cao kéo thường dùng điều kiện tải trọng nén Độ bền phá hủy ceramic giòn cải thiện nhiều bề mặt có ứng suất nén dư thực cách b Biểu đồ ứng suất - biến dạng môđun phá hủy Do khó chế tạo mẫu kéo khác nhiều kéo nén nên với ceramic người ta không tiến hành thử kéo mà thử uốn ngang Như biết thử uốn mặt mẫu chịu nén, mặt chịu kéo Môđun phá hủy hay giới hạn bền uốn ứng suất lớn hay ứng suất phá hủy thử uốn, tiêu tính quan trọng ceramic giòn Giá trị môđun phá hủy luôn lớn giới hạn bền kéo Phần đàn hồi biểu đồ ứng suất biến dạng thử uốn ngang ceramic thử kéo cho kim loại với quan hệ đường thẳng (bậc nhất, tỷ lệ) ứng suất biến dạng Hình 7.12 trình bày biểu đồ hai ceramic điển hình ôxyt nhôm (alumin) thủy tinh Môđun đàn hồi (độ dốc đường thẳng) ceramic lớn kim loại nhiều Bảng 7.3 liệt kê hai giá trị ceramic phổ biến Bảng 7.3 Môđun phá hủy môđun đàn hồi ceramic Hình 7.12 Biểu đồ ứng suất - biến dạng thử uốn ngang cho alumin thủy tinh c Cơ chế biến dạng dẻo Mặc dầu nhiệt độ thường ceramic bị phá hủy trước biến dạng dẻo, song số điều kiện bị biến dạng dẻo Tuy nhiên biến dạng dẻo cho ceramic tinh thể vô định hình có đặc điểm khác Ceramic tinh thể Giống kim loại vật liệu tinh thể, với ceramic tinh thể biến dạng dẻo xảy dịch chuyển lệch Một nguyên nhân cho độ cứng tính giòn cao vật liệu khó trượt hay lệch khó chuyển động hệ trượt Sự khó trượt nguyên nhân liên kết ion, ban đầu ion bao bọc ion khác dấu nên có lực hút, trượt khoảng cách nguyên tử, ion dấu lại đứng đối diện nên lại nảy sinh lực đẩy Sự biến đổi chất liên kết xảy nên trượt (điều ảnh hưởng đến kim loại nút mạng ion dấu cation) Ceramic vô định hình Đối với ceramic vô định hình, biến dạng dẻo không xảy xếp nguyên tử trật tự, vật liệu bị biến dạng chảy nhớt giống biến dạng chất lỏng: tốc độ biến dạng tỷ lệ thuận với ứng suất đặt vào Dưới tác dụng ứng suất tiếp, nguyên tử ion trượt dịch với cách phá vỡ hình thành lại liên kết nguyên tử không theo cách mô tả theo mô hình mặt, phương trượt với chế lệch Sự chảy nhớt mô tả hình 7.13 Hình 7.13 Mô hình chảy nhớt chất lỏng thủy tinh lỏng tác dụng ứng suất đặt vào Độ nhớt, tính chất đặc trưng chảy nhớt, thước đo sức bền chống biến dạng vật liệu vô định hình Đối với chảy nhớt chất lỏng bị giới hạn hai phẳng song song bị tác dụng ứng suất tiếp độ nhớt tỷ số ứng suất tiếp biến thiên tốc độ dịch chuyển dv với khoảng cách dy theo phương vuông góc với Các đơn vị đo độ nhớt poise (P) pascal.s (pascal.giây, Pa.s); 1P = 1dynes/cm2 1Pa.s = 1N.s/m2, chuyển đổi chúng sau: 10P = 1Pa.s Gốm vật liệu chịu lửa Bản chất phân loại Gốm vật liệu nhân tạo có sớm lịch sử loài người Khởi đầu khái niệm gốm dùng để vật liệu chế tạo từ đất sét, cao lanh (gốm đất nung) Về sau, với phát triển khoa học kỹ thuật, khái niệm mở rộng bao gồm thêm đồ sứ, vật liệu sở ôxyt (ví dụ gốm Al2O3) chất vô ôxyt (ví dụ SiC) Khái niệm gốm có liên quan đến hai nội dung: phương pháp công nghệ đặc điểm tổ chức Phương pháp công nghệ gốm điển hình phương pháp thiêu kết bột (như hợp kim bột): tạo hình nguyên liệu dạng bột có liên kết tạm thời, sau nung lên nhiệt độ cao để liên kết khối Tổ chức điển hình gốm đa pha Nói đa pha hai pha tạo nên gốm pha tinh thể pha vô định hình, pha vô định hình phân bố xen vùng pha tinh thể gắn kết chúng lại với Tỷ lệ hai pha sản phẩm khác nhau, ví dụ tỷ lệ pha vô định hình gạch ngói 20 - 40%, sứ - 50 - 65%, gốm Al2O3 < 1% Ngoài hai pha gốm luôn có lỗ xốp (trong gạch: 10 - 50%, gốm nhẹ: > 40%, sứ: < 5%) mà tỷ lệ, hình dạng, kích thước phân bố có ảnh hưởng rõ rệt đến tính chất độ bền học, độ dẫn nhiệt, khả hút nước Ví dụ môđun đàn hồi E giảm theo tăng lên thể tích rỗ xốp P theo biểu thức E = E0 (1 - 1,9P + 0,9P2) E0 môđun đàn hồi gốm đặc, không lỗ xốp Theo thành phần hóa học có loại gốm sau: gốm silicat, gốm ôxyt, gốm ôxyt gốm chịu lửa Gốm silicat Gốm silicat gọi gốm truyền thống loại chế tạo từ vật liệu silicat thiên nhiên độ thấp, chủ yếu từ đất sét cao lanh để tạo nên sản phẩm gốm xây dựng (gạch, ngói, ống dẫn, sứ vệ sinh ), gốm gia dụng (ấm chén, bát đĩa) gốm công nghiệp (cách điện, bền hóa, nhiệt) Đất sét silicat nhôm gồm có Al2O3, SiO2 nước ngậm Tính chất biến đổi rộng phụ thuộc vào lượng tạp chất mà chủ yếu ôxyt (Fe, Ba, Ca, Na, K ) chất hữu Cấu trúc tinh thể đất sét tương đối phức tạp song có đặc trưng quan trọng có cấu trúc tầng nên có nước phân tử nước điền kín tầng tạo lớp màng mỏng bao quanh hạt đất sét làm cho hạt dễ dịch chuyển với nhau, tạo độ dẻo cao cho hỗn hợp đất sét - nước Cao lanh (kaolinite) khoáng phổ biến đất sét có công thức Al2(Si2O5) (OH)4 hay Al2O3.2SiO2.2H2O Ngoài đất sét, cao lanh dùng nguyên liệu phụ thạch anh SiO2 làm chất độn, tràng thạch KAlSi3O8 làm trợ dung Ví dụ sứ điển hình chứa 50% đất sét (cao lanh), 25% thạch anh, 25% tràng thạch Quy trình sản xuất gốm silicat sau: - Gia công, tuyển chọn nguyên liệu: quặng thô nghiền mịn, sàng để có độ hạt yêu cầu Do nguyên liệu thô thường chứa nhiều FeO, Fe2O3 nên cần thiết (khi cần màu trắng) phải qua tuyển từ khử ôxyt triệt để (< 1%) - Cân, trộn phối liệu - Nhào luyện phối liệu (đa thêm nước vào với lượng khác để tạo độ dẻo thích hợp) - Tạo hình sản phẩm theo ba cách tùy thuộc độ ẩm: + Phương pháp bán khô với phối liệu có độ ẩm - 12% đầm nén khuôn + Phương pháp dẻo với phối liệu có độ ẩm 12 - 25%, tính dẻo cao tạo dáng tay hay dụng cụ, máy chuyên dùng + Phương pháp đúc rót với phối liệu có lượng nước cao, phối liệu có dạng hồ rót vào khuôn thạch cao, khuôn hút nước để lại sản phẩm mộc - Sấy Ban đầu hạt đất sét bọc nước, sấy nước bay làm khoảng trống hạt giảm gây co rỗng - Nung đến 900 - 1400oC hay cao tùy thuộc vào thành phần, tính yêu cầu, sản phẩm (gốm xây dựng, gạch 900oC, sứ: 1400oC, gốm cao alumin 1600oC) Trong trình nung mật độ gốm tăng lên (do giảm lỗ xốp) tính cải thiện Khi gốm nung đến nhiệt độ cao có xảy số phản ứng đáng quan tâm thủy tinh hóa: hình thành thủy tinh lỏng, chảy vào điền kín lỗ hổng sản phẩm co thêm Khi nguội, pha nóng chảy đông đặc lại tạo liên kết làm bền, sản phẩm Gốm có loại tráng men không tráng men Lớp men nung chảy lần với sản phẩm nung lại lần thứ hai Theo đặc điểm kết cấu xương gốm, người ta phân biệt hai loại thô tinh Gốm thô có cấu trúc xương tạo hạt vật liệu rắn có kích thước lớn không đồng (ví dụ gạch ngói, gạch chịu lửa) Gốm tinh tạo hạt mịn đồng (ví dụ sứ, gốm, corindon Al2O3) Gốm oxít Gốm ôxyt gốm có thành phần hóa học đơn ôxyt (Al2O3 TiO2) ôxyt phức xác định (ví dụ MgO.Al2O3, BaO.TiO2), thành phần SiO2 Khác với gốm silicat, gốm ôxyt có độ tinh khiết hóa học cao hẳn (tỷ lệ tạp chất thấp) tỷ lệ pha tinh thể cao hẳn (tỷ lệ pha vô định hình thấp) để làm vật liệu kỹ thuật có độ bền nhiệt độ bền học cao, có tính chất điện từ đặc biệt Có thể chia thành ba nhóm nhỏ a Gốm ôxyt sở ôxyt có nhiệt độ nóng chảy cao Với ôxyt có nhiệt độ chảy cao tiêu biểu Al2O3 (2050oC), MgO (2850oC), ZrO2 (2500 - 2600oC), MgO.Al2O3 (2135oC) công nghệ gốm tinh (với độ tinh khiết > 98%), thiêu kết nhiệt độ cao với tổ chức tinh mịn toàn tổ chức pha Chúng bao gồm loại sau Gốm corindon (Al2O3 dạng thù hình α) với nhiệt độ sử dụng khoảng 1900oC dùng làm chén, nồi nấu kim loại với độ cứng HB 2000 dùng làm vật liệu cắt, hạt mài, chí cấy ghép vào xương Gốm pericla (MgO) với nhiệt độ sử dụng cao tới 2400oC có tính kiềm (badơ) dùng làm nồi nấu chảy kim loại bền với muối clorit fluorit nóng chảy Gốm ziêcona (ZrO2) với nhiệt độ sử dụng cao (2300oC), giãn nở nhiệt ít, 20.107/oK, gốm spinel (MgO.Al2O3) dùng vào mục đích đặc biệt nhiệt độ cao b Gốm sở TiO2 Gốm sở TiO2 có tính chất đặc biệt (điện môi, sắt từ, áp điện) sử dụng rộng rãi kỹ thuật điện điện tử Có thể đơn ôxyt gốm rutil (TiO2) hay có pha thêm ôxyt khác để điều chỉnh tính chất điện từ c Gốm sở Fe2O3 ôxyt kim loại nặng Gốm sở Fe2O3 ôxyt kim loại nặng khác thuộc nhóm Fe tạo vật liệu bán dẫn vật liệu từ MeO.Fe2O3 (trong Me Mn, Zn, Ni, Mg, Co, Cu, Cd, Ti ) gọi ferit từ hay đơn giản ferit, thuộc loại vật liệu từ mềm, dùng nhiều kỹ thuật điện tần số cao có điện trở lớn nên dòng fucô sinh nhỏ, tổn thất điện nhỏ Một ứng dụng quan trọng làm dẫn từ ghép vào vòng cảm ứng nung nóng dòng điện cảm ứng có tần số cao tôi, hàn, nấu chảy mục đích khác d Gạch chịu lửa Vật liệu chịu lửa (refractories) loại vật liệu để xây lắp lò (luyện kim, thủy tinh, hơi, nung kim loại, nhiệt luyện ) thiết bị công nghiệp làm việc nhiệt độ cao Theo quy ước chung vật liệu coi vật liệu chịu lửa có độ chịu lửa lớn 1520oC, tức nhiệt độ khối vật liệu hình chóp với kích thước quy định bị đánh gục Vật liệu chịu lửa thị trường nhiều dạng gạch loại quan trọng phổ biến cả, sản xuất theo công nghệ gốm thô Đây điểm phân biệt quan trọng với gốm ôxyt kể thành phần giống Sau phân biệt loại gạch chịu lửa điển hình Đinat (silica) với thành phần > 93% SiO2 sản xuất phương pháp thiêu kết bột Gạch đinat có tính axit với nhiệt độ làm việc cao (> 1550oC) dùng để xây lò coke, vòm lò thủy tinh, vùng nung lò tuynen, số lò luyện kim Samôt gốm thô Al2O3 - SiO2 với nguyên liệu đất sét, cao lanh Theo thành phần hóa học có samôt thường (30 - 40% Al2O3) - trung tính samôt bán axit (chỉ chứa 20 - 30% Al2O3) Với độ chịu lửa tương đối tốt (~ 1400oC) tùy loại chúng dùng lò nung clinke, khí hóa, số lò luyện kim Cao alumin thuộc hệ Al2O3 - SiO2 samôt với hàm lượng Al2O3 cao (45 - 95%) nên độ chịu lửa cao (≥ 1600oC), sử dụng có yêu cầu cao độ chịu lửa mà samôt không đáp ứng Gạch kiềm tính hệ gạch chịu lửa có MgO với thành phần khác nhau: pericla hay manhêzit (MgO), pericla - crômit hay crôm - manhêzit (Cr2O3 - MgO), đôlômit (MgO - CaO) , chúng bền với xỉ kiềm yêu cầu quan trọng với luyện thép số kim loại để tạo xỉ kiềm (CaO), khử tạp chất có hại dùng số lò khác Như công dụng gạch chịu lửa khác lớn độ chịu lửa mà chủ yếu môi trường làm việc (axit, kiềm hay trung tính) e Vật liệu chịu lửa khác Đó loại không sản xuất theo phương pháp gốm mà dùng cách nấu chảy hay dùng cách thiêu kết bột gốm nguyên liệu ôxyt Sản xuất theo cách nấu chảy ôxyt (trong lò điện hồ quang) gốm thô, độ xít chặt cao với tỷ lệ pha vô định hình thấp, có rỗ khí lớn phân bố không gồm corindon (92 - 98% Al2O3), corindon mulit (80%Al2O3, 20% SiO2) Với grafit cacbit silic (SiC) có nhiệt độ nóng chảy cao 2300 - 2500oC tạo nên vật liệu chịu lửa (bằng phương pháp thiêu kết bột) có ứng dụng định Thủy tinh gốm thủy tinh Về mặt chất, phân biệt thủy tinh với gốm vật liệu chịu lửa ở: - Thủy tinh có cấu trúc hoàn toàn vô định hình, vật liệu pha đồng (trong gốm phần lớn tinh thể) - Thủy tinh sản xuất theo công nghệ nấu chảy tạo hình kéo (tấm, ống, sợi), cán, ép, dập, thổi (gốm theo công nghệ thiêu kết bột) Cũng gốm, thủy tinh sử dụng rộng rãi kỹ thuật đời sống Nguyên liệu để sản xuất thủy tinh phổ biến rẻ tiền gốm, dùng cát trắng (SiO2), sôđa (Na2CO3), đá vôi (CaCO3), tràng thạch [(K,Na)AlSi3O8], đôlômit (CaCO3.MgCO3) Theo thành phần hóa học công dụng có loại: thông dụng loại khác Xi măng bê tông phương pháp chế tạo trình bày, vật liệu vô đa pha chế tạo phương pháp khác (ngoài thiêu kết bột nấu chảy), phương pháp kết dính thành phần vật liệu rắn với nhiệt độ thường nhờ chất dính kết Đây nguyên lý chế tạo bêtông, loại vật liệu xây dựng quan trọng hàng đầu, sau: cốt liệu rắn (sỏi, cát) với ximăng poclan nước chất dính kết theo tỷ lệ xác định hòa trộn để có hỗn hợp thể nhão (vữa bêtông), sau ximăng đóng rắn khối vật liệu trở nên liền khối vững Vật liệu composite Composite cấu trúc Composite cấu trúc loại bán thành phẩm dạng nhiều (≥ 3) lớp tạo thành cách kết hợp vật liệu đồng với composite theo phương án cấu trúc khác Do tính chất phụ thuộc vào tính chất vật liệu thành phần mà vào thiết kế hình học chúng kết cấu Thường dùng hai loại: dạng lớp panel sandwich Composite cấu trúc dạng lớp Hình 9.11 Sơ đồ tạo composite cấu trúc dạng lớp Có thể dễ dàng hình dung dạng composite qua gỗ dán, cót ép Chúng gồm lớp (tấm) có độ bền dị hướng cao (như gỗ, composite cốt sợi liên tục thẳng hàng), xếp cho phương độ bền cao lớp, kề đổi hướng liên tục (trên hình 9.11 gồm năm lớp vuông góc với nhau) ép kết dính với Nhờ loại có độ bền cao theo phương song song với mặt tấm, theo phương vuông góc với Panel sandwich Hình 9.12 Sơ đồ panel sandwich Loại gồm ba lớp (hình 9.12) hai lớp mặt chế tạo từ vật liệu có độ bền hay độ cứng vững cao (như hợp kim nhôm, titan, thép composite dạng lớp) (tương tự với C4H10, C5H12, C6H14 cách thêm vào nhóm CH2 một) Liên kết nội phân tử liên kết đồng hóa trị mạnh, phân tử liên kết yếu Van der Waals, nên hyđrôcacbon nói chung có nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi thấp (tuy nhiên nhiệt độ tăng lên theo tăng lên khối lượng phân tử) Hyđrôcacbon có thành phần hóa học có cách xếp nguyên tử khác gọi đồng phân hóa (isomerism) mà dạng gọi izome Ví dụ, có hai izome cho butan: butan n butan i với công thức phân tử sau: Một số tính chất phụ thuộc vào cấu trúc đồng phân Ví dụ, nhiệt độ sôi chúng khác nhau, -0,5 -12,3oC Một số nhóm hyđrôcacbon thông dụng khác có công thức phân tử sau: R OH (rượu metyl), R O R (ête dimetyl), với R gốc metyl CH3, hợp chất khác R gốc hữu êtyl C2H5, benzyl C6H5 (với mạch vòng) Từ phân tử hữu (hyđrôcacbon) kể người ta tổng hợp thành phân tử polyme 1.4 Phân tử polyme a Bản chất hóa học me So với phân tử hữu vừa trình bày, phân tử polyme tổng hợp nên khổng lồ với kích thước khối lượng phân tử lớn nên gọi cao phân tử Trong phân tử này, nguyên tử liên kết liên kết đồng hóa trị Đa số phân tử polyme có dạng mạch dài mềm dẻo mà cốt lõi chuỗi nguyên tử cacbon: Trong nguyên tử cacbon liên kết với hai nguyên tử cacbon khác hai phía Phân tử polyme ký hiệu đường thẳng gọi mạch hay mạch Như nói chung nguyên tử cacbon có hai liên kết với nguyên tử hay gốc nằm cạnh bên mạch (gọi nhánh bên) Nói chung mạch nhánh bên chứa liên kết đôi Rất dễ nhận thấy phân tử cực lớn polyme gồm bới đơn vị cấu trúc mắt xích lặp lặp lại nối với gọi me (mer xuất phát từ tiếng Hy Lạp “meros” có nghĩa hợp phần) Me đơn giản gọi monome (tức phân tử gồm me), polyme có nghĩa nhiều me b Cấu trúc phân tửcủa PE (polyêtylen) Từ phân tử êtylen C2H4(ở dạng hơi) tác dụng xúc tác, nhiệt độ, áp suất thích hợp, liên kết đôi bị gãy, mở hai phía hợp lại chúng tạo nên mạch phân tử polyêtylen (PE) hình 8.1 Hình 8.1 Quá trình hình thành phân tử polyêtylen: a phân tửêtylen, b nối đôi gãy mở hai phía, c mắt xích (me) hợp thành polyêtylen c Cấu trúc phân tử polyme thường gặp Trên hình 8.2 trình bày me năm polyme thường gặp khác polyêtylen trình bày Nếu bốn nguyên tử hyđrô me PE - polyêtylen thay nguyên tử Cl, gốc mêtyl CH3, gốc benzyl (mạch vòng) PVC polyvinyl clorit (hình a), PP - polyprôpylen (hình b), PS – polystyren (hình c) Hình 8.2 Cấu trúc phân tử (me) polyme có dáng dấp nhPE: a PVC (polyvinyl clorit), b PP (polyprôpylen), c PS (polystyren), d PMMA (polymêtyn metacrylat) - thủy tinh hữu cơ, e PTFE (polytetra fluoroêtylen) Nếu hai bốn nguyên tử hyđrô PE thay gốc metyl CH3 gốc C2H3O PMMA - polymetyl metacrylat gọi thủy tinh hữu hay plexiglass (hình d) Khi bốn nguyên tử hyđrô PE thay bốn nguyên tử fluor PTFE - polytêtra fluoroetylen (hình e) Trên hình 8.3 trình bày me bốn polyme khác bakêlit (phenol formaldehyte), nylon 6,6, PET (polyetylen terephthalate, a polyester) polycacbonat Hình 8.3 Cấu trúc phân tử (me) của: a bakêlit, b nylon 6,6, c PET, d polycacbonat d Khối lượng phân tử Chúng ta khảo sát chất hóa học me mạch polyme, xem mạch dài tức khối lượng phân tử polyme lớn nào, đại lượng có ảnh hưởng định đến tính chất Người ta nhận thấy phân tử polyme có khối lượng (chiều dài) khác nhau: số phân tử tương đối nhỏ (mạch ngắn), số lớn (mạch dài), đa số trung bình Độ dài mạch có ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ chảy biến mềm, nhiệt độ tăng lên theo tăng khối lượng phân tử tức chiều dài mạch Ví dụ polyme với khối lượng phân tử thấp (~ 100g/mol) nhiệt độ thường tồn dạng lỏng hay khí, trung bình (~ 1000g/mol) dạng sáp hay cao su mềm, cao (từ > 10000 tới hàng triệu g/mol) dạng chất rắn mục tiêu cần đạt tới Song vấn đề giá trị khối lượng phân tử trung bình mà phân bố khối lượng phân tử theo nhóm giá trị: phân bố rộng không tốt điều có nghĩa có tỷ lệ cao phân tử với khối lượng thấp, trạng thái lỏng có tác dụng bôi trơn phân tử lớn làm cho vật liệu polyme trở nên mềm dễ bị chảy chịu tải Do người ta cố gắng tạo nên polyme với khối lượng phân tử lớn đồng đến mức Tính chất cơ-lý-nhiệt polyme 2.1 Quan hệ ứng suất-biến dạng Người ta thử tính polyme kim loại Trên hình 8.14 trình bày dạng biểu đồ kéo vật liệu polyme Đối với polyme giòn, bị đứt biến dạng đàn hồi (đường A) Còn polyme dẻo, giống nhiều kim loại: qua ba giai đoạn đàn hồi - dẻo - phá hủy (đường B) Trong polyme có nhóm với độ đàn hồi cao cao su, bị biến dạng hoàn toàn đàn hồi tức loại biến dạng lớn gây ứng suất thấp song hồi phục hoàn toàn bị bỏ tải trọng (đường C) Có thể biết tính số polyme bảng 8.1 Qua bảng thấy so với thép, polyme có độ bền thấp: môđun đàn hồi E 7MPa với loại đàn hồi, cao 4000MPa với loại cứng, thép thường 30GPa, giới hạn bền úb khoảng 50Mpa thấp thép thường khoảng 10 lần Về độ dẻo nhiều polyme có độ giãn dài lớn 100%, chí tới 1000%, thép thường vài chục % Hình 8.14 Biểu đồ kéo vật liệu polyme giòn (đườngA), dẻo (đường B) đàn hồi cao (đườngC) Hình 8.15 ảnh hưởng nhiệt độ đến biểu đồ ứng suất - biến dạng PMMA (plexiglass) Bảng 8.1 Cơ - lý tính nhiệt độ thường polyme thông dụng Điều quan trọng khác với vật liệu học tính vật liệu polyme nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ, khoảng nhiệt độ thường (trên 20oC), điều thấy rõ hình 8.15 Qua thấy rõ tăng nhiệt độ làm giảm mạnh E, σb, tăng mạnh δ Có thể xem PMMA 4oC vật liệu giòn, 50 - 60oC vật liệu đàn hồi Tốc độ biến dạng có ảnh hưởng đến tính, theo quy luật chung giảm tốc độ biến dạng có tác dụng tương tự tăng nhiệt độ 2.2 Cơ chế biến dạng Như biết biến dạng kim loại xảy trình trượt, polyme xảy trình ? Hãy xét chế biến dạng polyme Hình 8.16 Mô hình biến dạng dẻo polyme bán tinh thể: a trước biến dạng b trượt mạch tinh thể c phân chia tinh thể thỡnh nhóm nhỏ d xếp lại nhóm nhỏ tinh thể mạch nối vô định hình Như biết polyme nói chung có cấu trúc hỗn hợp: có cấu trúc tinh thể vùng vô định hình đan xen Cơ chế biến dạng dẻo kết tương tác vùng vô định hình tác dụng tải trọng kéo đặt vào Quá trình xảy theo số giai đoạn biểu diễn hình 8.16 Ở giới hạn vùng có ba tinh thể với xen vùng vô định hình tiểu cầu (hình a) Trong giai đoạn đầu biến dạng, biến đổi tác động đến vùng vô định hình, nơi mạch nối duỗi căng (không vẽ hình) Trong giai đoạn hai (hình b) có trượt định song song với trục mạch xảy tinh thể tác dụng mạch vô định hình bị kéo căng mạnh Trong giai đoạn ba (hình c) có phân chia tinh thể tác dụng ứng suất tiếp (cắt) thành nhóm nhỏ (block) giai đoạn bốn (hình d) nhóm nhỏ tinh thể với mạch nối vô định hình tách rời hẳn xếp lại Trong trình tiểu cầu bị thay đổi hình dạng chia nhỏ nhanh biến Như sau biến dạng, polyme bán tinh thể có cấu trúc định hướng cao, biện pháp nâng cao độ bền vật liệu (cũng tương tự hóa bền biến dạng cho kim loại) Biến dạng trước kéo thường dùng để nâng cao độ bền vật liệu sợi Hình 8.17 ảnh hưởng mức độ kết tinh khối lượng phân tử đến trạng thái vật lý PE Do cấu trúc polyme thay đổi phạm vi rộng nên tính polyme biến đổi rộng Trước tiên mức độ kết tinh Trong vùng tinh thể mạch xếp xít hơn, theo trật tự, song song làm tăng lực liên kết Van der Waals (liên kết bậc hai) mạch Chính tăng mức độ kết tinh làm tăng độ bền Còn chất hóa học cấu trúc mạch ảnh hưởng đến mức độ kết tinh (đã trình bày mục 8.1.4b) ảnh hưởng đến độ bền Các đặc tính khác polyme có khối lượng phân tử ảnh hưởng đến tính: polyme có khối lượng phân tử tương đối thấp PE, tăng khối lượng phân tử giới hạn bền tăng lên Ảnh hưởng tổng hợp mức độ kết tinh khối lượng phân tử đến trạng thái vật lý trình bày hình 8.17, thấy rõ tăng hai yếu tố dễ đạt polyme cứng, bền lại dẻo 2.3 Nóng chảy thủy tinh hóa Cũng giống ceramic, vật liệu polyme loại bán tinh thể hay nói khác với cấu trúc tinh thể vô định hình biến đổi rộng Tùy thuộc vào tỷ lệ chúng mà vật liệu polyme có đặc tính nóng chảy giống kim loại hay thủy tinh hay trung gian Trên hình 8.18 đường A ứng với polyme hoàn toàn vô định hình (giống thủy tinh nên dạng đường cong thay đổi thể tích riêng làm nguội giống thủy tinh trình bày hình 7.14), loại làm nguội giống thủy tinh sánh, sệt lại cách liên tục nhiệt độ rõ rệt chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn Còn polyme tinh thể (đường C) giống kim loại có giảm thể tích đột ngột nhiệt độ nóng chảy hay kết tinh Tso Tuy nhiên polyme hoàn toàn vô định hình giống thủy tinh phát nhiệt độ có giảm nhẹ độ nghiêng đường cong, nhiệt độ gọi thủy tinh hóa Tgo Còn polyme bán tinh thể (đường B) dạng trung gian hai loại polyme có hai nhiệt độ: thủy tinh hóa Tgo (tại đường cong bị gãy khúc đường A) nóng chảy Tso Nhìn chung Tgo ≈ 2/3Tso Tgo Tso polyme thông dụng trình bày bảng 8.1 Hình 8.18 Sự thay đổi thể tích riêng ba loại polyme: vô định hình (đường A), bán tinh thể (đường B), vỡ tinh thể (đường C) Các yếu tố ảnh hưởng đến Tgo Tso Đối với polyme tinh thể bán tinh thể tượng nóng chảy giải thích phá hủy liên kết yếu Van der Waals mạch Khi tăng nhiệt độ biên độ dao động nhiệt mạch tăng lên đến mức mạch chuyển động ngang, nhiệt độ chảy chuyển động ngang mạnh đến mức phá vỡ liên kết yếu kể cấu trúc không trật tự Vậy yếu tố làm giảm liên kết yếu làm giảm nhiệt độ chảy - Mạch nhánh làm giảm hiệu xếp mạch, giảm liên kết chúng nên mật độ mạch nhánh tăng, nhiệt độ nóng chảy giảm - Khối lượng phân tử tăng làm tăng nhiệt độ nóng chảy phần cuối mạch phần tự dao động, chiều dài mạch tăng lên, số cuối mạch giảm đi, lượng tăng Đối với polyme hoàn toàn vô định hình, nung nóng nhiệt độ thủy tinh hóa tương ứng với thời điểm vật liệu chuyển từ trạng thái rắn sang cấu trúc giống cao su Nhiệt độ thủy tinh hóa phụ thuộc vào yếu tố cấu trúc, ảnh hưởng đến khả dao động quay mạch tăng nhiệt độ, độ mềm dẻo mạch quan trọng Mạch cứng (khi có nguyên tử hay nhóm nguyên tử cồng kềnh vòng benzyl) khó quay Tgo tăng lên Liên kết Van der Waals mạch tăng lên làm tăng Tgo 2.4 Trạng thái đàn hồi nhớt Hãy xét trạng thái học polyme hoàn toàn vô định hình chịu biến dạng tương đối nhỏ tác dụng tải trọng (ứng suất) không đổi Từ hình 8.19 thấy: - Ở nhiệt độ thấp (To < Tgo) vật liệu trạng thái thủy tinh, tác dụng biến dạng nhỏ (hình a) vật liệu bị biến dạng đàn hồi theo định luật Hook, biến dạng xảy tải trọng đặt vào, giữ không đổi hẳn bỏ tải trọng biểu thị hình b, nói khác biến dạng không phụ thuộc vào thời gian - Ở nhiệt độ cao (To > Tso) vật liệu trạng thái nhớt, tác dụng biến dạng nhỏ (hình a) biến dạng không xảy lập tức, độ biến dạng tăng tuyến tính thời gian đặt tải trọng giữ cố định sau bỏ tải trọng biểu thị hình d Hình 8.19 Sơ đồ ứng suất tác dụng (a) vỡ biến dạng trạng thái hoàn toàn đàn hồi (b), đàn hồi - nhớt (c), nhớt (d) theo thời gian; ta tr thời điểm ứng suất không đổi bắt đầu tác dụng - Ở nhiệt độ trung gian (giữa Tgo Tso) vật liệu trạng thái trung gian: đàn hồi nhớt, tác dụng biến dạng nhỏ (hình a) tiên có biến dạng đàn hồi tức thời biến dạng nhớt biến đổi theo thời gian, sau bỏ tải trọng phần đàn hồi ban đầu đi, phần lại giảm dần biến sau thời gian biểu thị hình c Trạng thái đàn hồi - nhớt quan trọng vật liệu polyme nhiệt độ (nhưng xác định loại) đặc biệt elastome nhiệt độ thường Từ mô tả thấy đặc tính đàn hồi - nhớt vật liệu polyme phụ thuộc vào thời gian mà nhiệt độ Silicon ví dụ điển hình trạng thái đàn hồi - nhớt polyme Người ta biết silicon chất lạ, loại chất dẻo gắn (trám matit): vê viên thành viên bi thả xuống bề mặt nằm ngang, bị nảy lại cách đàn hồi đồng thời bị biến dạng nhanh Mặt khác bị kéo bị duỗi theo tăng từ từ tải trọng đặt vào, vật liệu bị kéo dài chảy chất lỏng nhớt Như mức độ biến dạng định biến dạng đàn hồi hay nhớt 2.5 Phá hủy Các dạng phá hủy polyme khác tùy thuộc vào loại giòn hay dẻo, song nói chung độ bền độ dai phá hủy polyme thấp so với kim loại ceramic Với loại polyme giòn (nhiệt rắn) theo chế phá hủy chung tạo nên vết nứt vùng tập trung ứng suất Các liên kết đồng hóa trị cấu trúc mạch không gian mạch lưới giúp cho phát triển vết nứt Với loại polyme dẻo (nhiệt dẻo) phá hủy hai dạng: giòn dẻo Các yếu tố thúc đẩy phá hủy giòn giảm nhiệt độ (ví dụ đa số loại nhiệt dẻo bị phá hủy giòn nhiệt độ thấp), tăng mức độ biến dạng, bề mặt có khía nhọn, tăng chiều dày mẫu 2.5 Hóa già Nhược điểm quan trọng vật liệu polyme tính chất sử dụng chúng nhanh chóng bị xấu mà điển hình ngày giòn lên, tiến tới gãy vụn, tượng xuất phát từ nguyên nhân lão hóa hay hóa già Theo chất có hai loại: vật lý hóa học Hóa già vật lý không gây biến đổi hóa học mà thất thoát chất hóa dẻo bay hay tác dụng dung môi, tác dụng ứng suất gây nứt Chất hóa dẻo có tác dụng làm giảm nhiệt độ thủy tinh hóa vật liệu polyme (chất dùng nhiều sản xuất PVC) Chất phụ gia bay dần theo thời gian làm dần tính dẻo, tạo rạn nứt Khối lượng phân tử chất hóa dẻo nhỏ (các phân tử nhỏ dễ dàng chuyển động) thất thoát nhanh Ngoài bay chất hóa dẻo bị hòa tan dung môi Các dung môi có nước phân tử xen vào mạch, chất hóa dẻo, chúng làm tăng khoảng cách mạch, làm giảm môđun đàn hồi E vật liệu Khi xâm nhập dung môi làm phồng phận sau lan rộng sản phẩm, gây nên ứng suất bên trong, kết gây nứt Khi mức độ kết tinh cao dung môi vào tổ chức nhở vùng vô định hình Hóa già hóa học tượng làm biến đổi mạch ôxy hóa, xạ tử ngoại nhiệt Sự ôxy hóa tạo nguyên tử ôxy vào gốc, gây tách đứt liên kết mạch Ôzôn (O3) chất ôxy hóa mạnh ôxy (đặc biệt caosu bị tác dụng mạnh) Để chống tượng người ta đưa vào vật liệu chất chống ôxy hóa: muội than, amin phênôn Tia cực tím (tử ngoại) có bước sóng 200 đến 400nm (có ánh sáng) làm giảm độ bền gây phai màu chúng kích động nhóm hóa học tạo lượng dao động lớn gây đứt liên kết Do tác dụng nhiệt độ tăng lên gây đứt mạch (như PE), phản trùng hợp (như PMMA) hay phản ứng với nhóm phụ (như hình thành HCl PVC) Chính hóa già nên vật liệu polyme có tuổi thọ hạn chế: tùy loại thường kéo dài từ vài tháng 10 năm 3.Ứng dụng gia công polyme 3.1 Phân loại a Theo nguồn gốc hình thành - Polyme thiên nhiên loại có nguồn gốc thực vật hay động vật xenlulô, cao su, prôtêin, enzym - Polyme tổng hợp loại sản xuất từ loại monome phản ứng trùng hợp, trùng ngưng loại polyolefin, polyvinylclorit, nhựa fenolformandehit, polyamit b Theo cấu trúc Theo cấu trúc phân tử người ta phân biệt polyme mạch thẳng, polyme mạch nhánh, polyme mạch lưới polyme mạch không gian c Theo tính chịu nhiệt Theo biến đổi học tăng nhiệt độ ta có polyme nhiệt dẻo (thermoplastic polymer) polyme nhiệt rắn (thermosetting polymer) Khi nung nóng polyme nhiệt dẻo giống kim loại bị mềm nóng chảy cách đột ngột đông rắn trở lại làm nguội - trình thuận nghịch lặp lại Trong khi tăng nhiệt độ polyme nhiệt rắn lại luôn trạng thái đông cứng (không bị mềm dần nóng chảy) bị phá hủy ôxy hóa hay cháy, nên làm nguội trở lại trạng thái ban đầu - trình không thuận nghịch Sự khác tính chất - nhiệt xuất phát từ khác cấu trúc mạch dẫn đến tính, tính công nghệ, quy trình chế tạo sản phẩm ứng dụng khác Polyme nhiệt dẻo thường có cấu trúc mạch thẳng phần mạch nhánh mức độ thấp, nên có cấu trúc tinh thể mức độ kết tinh cao (từ vài chục đến 90%) Khi tăng nhiệt độ dao động nguyên tử tăng lên nên lực yếu Van der Waals liên kết mạch với bị giảm mạnh đến mức chuyển động tương đối mạch cạnh trở nên dễ dàng, tác dụng ứng suất dễ dàng trượt, trôi với nên polymy mềm, dẻo Khi nhiệt độ tăng đến giá trị định,dao động mạch trở nên mãnh liệt, phá vỡ toàn liên kết đồng hóa trị, cấu trúc mạch bị đi, polyme thành thể lỏng; làm nguội lại có trình tạo mạch thẳng kết tinh (các mạch xếp song song dang tấm, lớp trình bày) Vì polyme nhiệt dẻo có nhiệt độ chảy (kết tinh) Khi chế tạo sản phẩm người ta nung chảy polyme mạch thẳng dạng nguyên liệu - hạt nhựa – có phụ gia, ép khuôn (nguội), sau sản phẩm hình thành khuôn nguội để đông cứng (kết tinh) trở lại phép lấy khỏi khuôn Nói chung polyme nhiệt dẻo có đặc trưng tính tương đối mềm dẻo, nhiệt độ sử dụng thấp (chỉ cao nhiệt độ thường chút khoảng 1000C), thường dùng rộng rãi làm đồ dùng sinh hoạt, nhựa bọc dây điện (nhờ tính cách điện cao tần số thấp cao) Polyme nhiệt rắn có cấu trúc mạch phức tạp (không gian lưới) nên cấu trúc tinh thể, dạng vô định hình Trong polyme nhiệt rắn liên kết yếu Van der Waals, mà có liên kết đồng hóa trị Khi nung nóng liên kết đồng hóa trị tồn polyme cứng, bền; tới nhiệt độ cao mạch bị đứt, gãy thoái hóa, cháy mà trước không bị mềm chảy lỏng, nhiệt độ kết tinh (nóng chảy) Khi chế tạo sản phẩm người ta đồng thời nung chảy ép nhựa nguyên liệu với chất tạo mạch lưới hay không gian, nhờ chất lỏng biến đổi thành chất rắn có cấu trúc mạch phức tạp (các mạch ngang tạo nên lưới, không gian) khuôn ép, không cần phải làm nguội mà lấy sản phẩm (có thể dùng cách nung chảy phối liệu khuôn ép) Nói chung polyme nhiệt rắn có đặc trưng tính bền, cứng hơn, nhiệt độ làm việc cao song giòn Ngoài dùng làm đồ dùng sinh hoạt với yêu cầu bền dùng làm chi tiết máy Như polyme nhiệt dẻo biến đổi đáng kể nguyên liệu sản phẩm nên tạo hình có độ co nhỏ (1-3%), tính đàn hồi cao (co giãn tốt), định hướng cao cán kéo, giát mỏng Ngoài sau hư hỏng trở thành phế liệu polyme nhiệt dẻo tái sinh, ưu điểm quý giá quan điểm bảo vệ môi trường Ngược lại polyme nhiệt rắn có biến đổi hoàn toàn nguyên liệu sản phẩm nên độ co tạo hình lớn Tuy bền, cứng song tái sinh Nói chung polyme khó bị phân hủy thiên nhiên, cần phải thu gom tốt từ rác thải có biện pháp tái chế (đối với loại nhiệt dẻo) làm nhiên liệu, phụ gia (đối với loại nhiệt rắn) d Theo phân cực Có polyme phân cực không phân cực Ở phân tử polyme không phân cực đám mây điện tử có tác dụng cố định nguyên tử phân bố phân tử mức độ giống phân tử điện tích điện tích khác dấu trùng Ở phân tử polyme phân cực đám mây điện tử chung dịch chuyển phía nguyên tử có điện tích âm hơn, trọng tâm điện tích khác dấu không trùng nhau, tạo lưỡng cực Mômen lưỡng cực (với đơn vị đo đơbai, D) tính tích điện tích nguyên tố q (điện tích điện tử q = 4,8.1010 đơn vị tĩnh điện) với khoảng cách l trọng tâm điện tích âm dương Các liên kết C - H, C - N, C - O, C - F, C - Cl có giá trị mômen lưỡng cực 0,2; 0,4; 0,9; 1,83; 2,05D Vì PE, PTFE có cấu trúc đối xứng, hay PP không đối xứng song liên kết C - H C - CH3 lại giống nên chúng loại không phân cực; PVC phân tử không đối xứng, mômen lưỡng cực C - H (0,2D) C - Cl (2,05D) không bù cho nên lại loại phân cực Các polyme không phân cực (chủ yếu hyđrôcacbon) có tính cách điện cao tần số thấp tần số cao, lý tính bị xấu nhiệt độ thấp, có tính chịu lạnh tốt (PE không bị giòn -700C) Tính phân cực làm tăng lực hút phân tử gây cho polyme cứng vững chịu nhiệt Polyme phân cực chất cách điện tốt tần số thấp e Theo lĩnh vực ứng dụng Theo cách này, polyme chia thành chất dẻo, sợi, elastome, sơn keo Sẽ trình vật liệu polyme theo cách phân loại Các phương pháp tổng hợp polyme Để có mạch dài (khối lượng phân tử cao) người ta dùng phương pháp tổng hợp chất hữu có khối lượng thấp trùng hợp trùng ngưng a Trùng hợp Phương pháp dùng để sản xuất polyme nhiệt dẻo với mạch thẳng Các monome để trùng hợp chất đơn giản, khối lượng phân tử thấp, có chứa liên kết đôi Trong số điều kiện (nhiệt độ, áp suất, xúc tác, chất khởi đầu hay khởi tạo) liên kết đôi bị gãy trở nên hoạt, chúng liên kết với tạo nên mạch polyme Quá trình chia thành ba giai đoạn: khởi đầu, phát triển mạch kết thúc Giai đoạn khởi đầu Hãy xét trường hợp tác dụng chất khởi đầu Một chất khởi đầu thông dụng peroxythbenzoil tác dụng nhiệt hay ánh sáng bị phân hủy theo phản ứng Ở C6H5CO2* C6H5* ký hiệu gốc tự R* có tính hoạt cao (trong dấu “*” điện tử chưa ghép đôi Trong giai đoạn khởi đầu R* hình thành phản ứng với monome để tạo nên gốc tự Quá trình xảy với êtylen sau: Giai đoạn phát triển mạch Các gốc tự hình thành từ giai đoạn khởi đầu tiếp tục phản ứng với monome để tạo nên gốc tự có mạch dài hoạt độ tương tự: Giai đoạn kết thúc Có thể xảy theo nhiều cách: - Kết hợp hai gốc tự phát triển tạo nên phân tử (mạch) polyme - Bằng công nghệ hóa học khác điều khiển trình người ta tạo mức độ trùng hợp mong muốn chiều dài mạch phân bố khối lượng phân tử Trùng hợp khối dùng để tổng hợp polyêtylen, polyprôpylen, polyvinyl clorit polyester nhiều loại copolyme b Trùng ngưng Khác với trùng hợp xảy nối đôi monome, phản ứng trùng ngưng xảy nhóm chức khác monome Ví dụ để tổng hợp nylon 6,6 trùng ngưng diamin - hexamêtylen axit adipic sau: sau nước sản phẩm tạo thành trùng hợp với tạo nên nylon 6,6 nước Khác với phản ứng trùng hợp xảy với tốc độ nhanh (khoảng 1000 me khoảng 10-2 đến 10-3s), phản ứng trùng ngưng xảy theo bậc, đòi hỏi thời gian dài ... có chất hóa học khác nhau: kim loại kim, nên có liên kết cấu trúc phức tạp khác với kim loại Khác với kim loại (chủyếu có liên kết kim loại) , ceramic liên kết kim loại mà kết hợp liên kết ion... lửa Vật liệu chịu lửa (refractories) loại vật liệu để xây lắp lò (luyện kim, thủy tinh, hơi, nung kim loại, nhiệt luyện ) thiết bị công nghiệp làm việc nhiệt độ cao Theo quy ước chung vật liệu. .. Hợp kim cứng vật liệu cắt thông dụng với hiệu kinh tế cao Các hợp kim làm tiếp điểm có kết hợp tốt kim loại khó chảy (W, Mo) với kim loại có tính dẫn nhiệt cao (Cu, Ag) loại composite hạt thô kim