Độ bền cơ học của Polymer

Chỉång V: ÂÄÜ BÃƯN CÅ HC CA POLYMER I. Khại niãûm: Âäü bãưn l kh nàng ca váût cháút chäúng lải sỉû phạ hu ca lỉûc cå hc, âỉåüc âàûc trỉng båíi ỉïng sút tải âọ máùu bë phạ hu v gi l ỉïng sút phạ hu hay ỉïng sút kẹo (tensile stren). Âån vë : Kg/Cm 2 hồûc Kg/mm 2. ỈÏng sút kẹo âỉåüc xạc âënh tỉì âỉåìng cong cọ ỉïng sút biãún dảng. Âọ l ỉïng sút tải âọ máùu bë phạ hu v gi l âäü bãưn giåïi hản. Âäúi våïi polymer ràõn giạ trë ny tỉì 500 ÷1000 Kg/Cm 2 . Âäúi våïi polymer âäü bãưn cå hc chè xút hiãûn tải mäüt giạ trë trng lỉåüng phán tỉí xạc âënh no âọ. Khi tàng âäü trng håüp thç lục âáưu âäü bãưn tàng v sau âọ âatû giạ trë khäng âäøi tải n≈600. Trỉåïc âáy ngỉåìi ta cho ràòng sỉû phạ hu váût liãûu chè xy ra khi ỉïng sút tạc dủng âảt giạ trë ca ỉïng sút giåïi hản. Sỉû phạ hu khäng xy ra khi ỉïng sút khäng tạc dủng nh hån ỉïng sút giåïi hản. Nhỉng thỉûc tãú táút c cạc váût liãûu bë phạ hu nãúu tạc dủng lãn máùu mäüt ỉïng sút nh hån giạ trë giåïi hản nhỉng våïi thåìi gian kẹo di 1 : âäü bãư n ca polymer mảnh nháút 2 : âäü bãưn ca polymer úu nháút Váûy âäü bãưn phủ thüc vo thåìi gian tạc dủng. Sỉû phủ thüc ca âäü bãưn vo thåìi gian dỉåïi tạc dủng ca ti trng ténh gi l sỉû mi ténh. Dỉåïi tạc dủng ca ti trng âäüng gi l sỉû mi âäüng. C hai khại niãûm ny âỉåüc gi chung l âäü bãưn láu. 1 (n) 2 Âäü bãưn Khoaớng thồỡi gian tổỡ luùc bừt õỏửu taùc duỷng lổỷc õóỳn khi mỏựu bở phaù huyớ goỹi laỡ õọỹ bóửn lỏu cuớa vỏỷt lióỷu. ọỹ bóửn lỏu phuỷ thuọỹc vaỡo ổùng suỏỳt taùc duỷng theo cọng thổùc: = A.e - . : õọỹ bóửn lỏu (thồỡi gian) : ổùng suỏỳt A, : hũng sọỳ, phuỷ thuọỹc vaỡo loaỷi vỏỷt lióỷu 1 : cao su buna N (khọng coù C) 2 : cao su buna S (khọng coù C) 3 : PS Sổỷ phuỷ thuọỹc cuớa õọỹ bóửn lỏu vaỡo nhióỷt õọỹ vaỡ ổùng suỏỳt nhổ sau: KT U KT U ee == 0 . 0 0 Suy ra: KT U KT U 303,2 log 303,2 . loglog 0 0 0 += += Sổỷ phuỷ thuọỹc naỡy õổồỹc bióứu dióứn bũng õọử thở nhổ sau: (caùc õổồỡng thúng naỡy cừt nhau taỷi mọỹt õióứm) 1 3 2 () l g K :hàòng säú boltzmann τ 0 : Thåìi gian thỉûc hiãûn mäüt dao âäüng ca ngun tỉí trong cháút ràõn (khong 10 -12 âãún 10 -13 giáy) U 0 : Thãưm hoảt họa ban âáưu (âỉåüc xạc âënh khi cạc liãn kãút trong mảch chênh bàõt âáưu bë biãún dảng). Giạ trë ny bàòng nàng lỉåüng liãn kãút họa hc trong mảch chênh (âån vë:Kcal/mol), nọ khäng phủ thüc vo cáúu trục ca Polymer. γ: nọi lãn nh hỉåíng ca mỉïc âäü kẹo càng lãn thåìi gian säúng ca Polymer. Mỉïc âäü nh hỉåíng ny ráút nhảy våïi cáúu trục ca Polymer v âỉåüc gi l hãû säú nhảy cm cáúu trục. γ cho biãút täúc âäü gim ca U 0 ( ∆U ) khi tàng σ. Cng mäüt giạ trë ∆U nhỉng khi γ cng tháúp thç σ cng cao (∆U = U 0 - γ.σ: gi l nàng lỉåüng hoảt họa ca sỉû phạ hy nhiãût, nọ xạc âënh täúc âäü phạ hy nhiãût. Cn âỉåüc gi l thãưm thãú nàng hiãûu dủng) Giạ trë ∆U phủ thüc vo sỉû tỉång tạc giỉỵa cạc ngun tỉí. Nọ cọ thãø âỉåüc xạc âënh tỉì âäư thë hm säú: TK U 1 * 303,2 loglog 0 ∆ += ττ Bàòng thỉûc nghiãûm ta v âỉåüc cạc âỉåìng thàóng biãøu diãùn sỉû phủ thüc ca logτ vo 1/T åí cạc ỉïng sút tạc dủng khạc nhau. Tỉì cạc âỉåìng thàóng ny ta suy ra âỉåüc logτ 0 v cạc ∆U ỉïng våïi cạc ỉïng sút khạc nhau. 20 0 C 95 0 C (PS) 45 0 C 70 0 C Log τ (s) σ Tiãúp tủc thiãút láûp âäư thë sỉû phủ thüc ca ∆U vo ỉïng sút tạc dủng räưi suy ra γ v U 0 tỉì âäư thë (l âäü däúc âỉåìng thàóng âäư thë) II. nh hỉåíng ca cáúu trục âãún âäü bãưn cå hc ca polymer: 1. nh hỉåíng ca sỉû âënh hỉåïng âãún tênh cháút cå hc: Mäüt trong nhỉỵng phỉång phạp thäng dủng lm thay âäøi cáúu trục váût liãûu polymer âãø tàng âäü bãưn l kẹo nọ trong quạ trçnh gia cäng. Âiãưu ny s lm âënh hỉåïng mảch v cáúu trục siãu phán tỉí. Nãúu polymer l váût vä âënh hçnh våïi cáúu trục âiãưu ho trong mảch phán tỉí thç cọ thãø âỉåüc kãút tinh. - ε theo chiãưu âënh hỉåïng nh hån ε theo chiãưu vng gọc våïi chiãưu âënh hỉåïng. logτ σ = 20kg/mm 2 σ = 40kg/mm 2 σ = 60kg/mm 2 1/T K U tg 303,2 ∆ = ϕ ∆U Ỉïng sút U 0 -Vỏỷy tờnh chỏỳt cồ hoỹc cuớa polymer õởnh hổồùng laỡ bỏỳt õúng hổồùng. ióửu naỡy do sổỷ õởnh hổồùng cuớa caùc daợy gỏy ra. Sổỷ bỏỳt õúng hổồùng naỡy cuợng xuỏỳt hióỷn trong quaù trỗnh gia cọng bũng phổồng phaùp caùn traùng. ởnh hổồùng polymer thuyớ tinh laỡm mồớ rọỹng khoaớng nhióỷt õọỹ móửm cao bừt buọỹc. ọỹ bóửn õởnh hổồùng cuớa polymer coù thóứ xaớy ra trong khi bióỳn daỷng. où laỡ õọỳi vồùi caùc polymer trong traỷng thaùi õaỡn họửi bở keùo cng. ọỹ bóửn cuớa nhổợng polymer naỡy chuớ yóỳu do khaớ nng kóỳt tinh cuớa chuùng. ọỳi vồùi nhổợng polymer coù nng lổồỹng kóỳt boù cao thỗ khi õởnh hổồùng nng lổồỹng naỡy tng rỏỳt nhióửu. Nhổợng polymer naỡy coù mỏỷt õọỹ kóỳt boù daỡy õỷc. Do vỏỷ y nón caùc nguyón lióỷu cho saớn xuỏỳt sồỹi coù õọỹ bóửn cao thổồỡng laỡ caùc polymer coù õọỹ móửm deớo rỏỳt cao vaỡ nng lổồỹng kóỳt boù lồùn nhổ PP. Nhổng polymer naỡy sau khi õởnh hổồùng seợ cho õọỹ bóửn rỏỳt cao, coù thóứ õọỹ bóửn mọỹt sọỳ loaỷi theùp. Tyớ troỹng cuớa nhổợng polymer naỡy xỏỳp xố 1/8 tyớ troỹng cuớa theùp vaỡ õọỹ bóửn tờnh theo mọỹt õồn vở khọỳi lổồỹng cao gỏỳp 4 lỏửn theùp. Sổỷ õởnh hổồùng cuớa polymer khọng chố laỡm duọựi thúng caùc maỷch phỏn tổớ maỡ coỡn gỏy ra sổỷ sừp xóỳp laỷi trong cỏỳu truùc sióu phỏn tổớ. 2. Aớnh hổồớng cuớa kờch thổồùc vaỡ hỗnh daỷng cuớa cỏỳu truùc trón phỏn tổớ õóỳn õọỹ bóửn cuớa polymer: Kờch thổồùc vaỡ hỗnh daỷ ng cuớa cỏỳu truùc trón phỏn tổớ coù aớnh hổồùng rỏỳt lồùn õóỳn tờnh chỏỳt cồ hoỹc cuớa polymer: + Caùc polymer coù caùc Pherulites nhoớ seợ bóửn hồn caùc polymer coù caùc splerulites lồùn hồn, do sổỷ phaù huyớ vaỡ nổùt xaớy ra trón bóử mỷt phỏn chia cuớa caùc sphrulites. + Khi nghión cổùu polyester õi tổỡ acid isophthalic vaỡ phenolphthalein ngổồỡi ta nhỏỷn thỏỳy vồùi 2 loaỷi cỏỳu truùc daỷng cỏửu vaỡ daỷng sồỹi thỗ ngổồỡi ta nhỏỷn thỏỳy õọỹ bóửn va dỏỷp cuớa mỏựu coù cỏỳu truùc daỷng sồỹi tổỡ 6 ữ 10 Kg.cm/cm 2 Trong khi õoù õọỹ bóửn va õỏỷp cuớa mỏựu coù cỏỳu truùc daỷng cỏửu 2 õóỳn 3 Kg.cm/cm 2 3. Aớnh hổồớng cuớa mỏỷt õọỹ lión kóỳt ngang: Trổồùc õỏy ngổồỡi ta cho rũng polymer maỷng lổồùi laỡ mọỹt tỏỷp hồỹp caùc õaỷi phỏn tổớ vồùi caùc lión kóỳt hoaù hoỹc ngang giổợa chuùng. Mỏỷt õọỹ lión kóỳt ngang õổồỹc xaùc õởnh bồới cọng thổùc: N = V = Mnc N : mỏỷt õọỹ lión kóỳt ngang : tọứng sọỳ mol V : thóứ tờch mỏựu : tyớ troỹng cuớa polymer M nc : phỏn tổớ lổồỹng cuớa daợy maỷng lổồùi Ngaỡy nay ngổồỡi ta cho rũng lión kóỳt ngang khọng chố hỗnh thaỡnh giổợa caùc õaỷi phỏn tổớ maỡ giổợa caùc cỏỳu truùc trón phỏn tổớ. Vỗ vỏỷy, M nc chố coù giaù trở trung bỗnh vaỡ noù cho bióỳt giaù trở cuớa mỏỷt õọỹ lión kóỳt ngang: M nc giaớm suy ra /V tng dỏựn õóỳn mỏỷt õọỹ lión kóỳt ngang tng Khi trong polymer vọ õởnh hỗnh mỏỷt õọỹ lión kóỳt ngang tng dỏửn õóỳn tờnh õaỡn họửi giaớm vaỡ T g tng Sổỷ thay õọứi õọỹ bóửn cuớa polymer vọ õởnh hỗnh theo mỏỷt õọỹ lión kóỳt ngang nhổ sau: Baớn chỏỳt cuớa sổỷ phuỷ thuọỹc cuớa õọỹ bóửn vaỡo mỏỷt õọỹ lión kóỳt ngang laỡ do aớnh hổồớng cuớa mỏỷt õọỹ lión kóỳt ngang õóỳn sổỷ õởnh hổồùng vaỡ quaù trỗnh kóỳt tinh xaớy ra trong khi bióỳn daỷng cuớa polymer 3/Anh hổồớng cuớa chỏỳt õọỹn õóỳn tờnh chỏỳt cồ hoỹc: Coù hai loaỷi õọỹn : Hoaỷt tờnh : laỡm tng õọỹ bóửn cồ hoỹc. 123 4 10 5 /M nc Cao su tọứng hồỹp r 24 6 8 Cao su thión nhión 10 4 /M nc r Khäng hoảt tênh: khäng lm tàng âäü bãưn cå hc. Trong trảng thại mãưm cao âäün hoảt tênh lm tàng âäü bãưn kẹo ca su cn trong trảng thại thu tinh thç ngỉåüc lải, âäü bãưn kẹo gim, âäü bãưn dn tàng, khong nhiãût âäü mãưm cao bàõt büc gim. Do váûy khi sn xút cao su, âãø sỉí dủng åí nhiãût âäü tháúp thç khäng nãn cho nhiãưu âäün. Vç váûy hm lỉåüng âäün cho vo v âiãưu kiãûn sỉí dủng liãn quan våïi nhau. u cáưu ca âäün hoảt tênh: + Cọ ại lỉûc â mảnh våïi polimer. + Cọ âäü bãưn cå l hoạ. + Cáúu trục phi cọ âäü xäúp v kêch thỉåïc nháút âënh (≈ kêch thỉåïc ca cạc cáúu trục hçnh tha ình trong polimer (trãn phán tỉí, phán tỉí) .). - Hm lỉåüng täúi ỉu ca phủ gia chè nàòm trong giåïi hản nháút âënh åí nhỉỵng âiãưu kiãûn nháút âënh. Âäün cn âỉûåc dng trong sn xút cạc sn pháøm polimer. Häøn håüp polimer våïi cháút âäün ràõn dảng såüi cọ âäü bãưn cao gi l Reinforced polimer (cháút do gia cỉåìng) (Compozit). Såüi cọ thãø l såüi thu tinh hồûc såüi cacbon. Chụng âỉåüc gi l cháút gia cỉåìng cn polimer âỉåüc gi l cháút kãút dênh. Chụng cọ nhiãûm vủ giỉỵ cạc såüi våïi nhau v truưn ỉïng sút tåïi cạc såüi. Cháút kãút dênh thỉåìng l cạc Oligomer cọ âäü nhåït tháúp cọ thãø tảo thnh mảng lỉåï i nhåì cạc phn ỉïng trng håüp hồûc trng ngỉng. Hãû thäúng gia cỉåìng cọ c hai tênh cháút bãưn v ân häưi (mãưm do). Âäü bãưn ca nhỉûa gia cỉåìng phủ thüc vo sỉû sàõp xãúp ca cạc såüi v mäâun ân häưi ca cháút kãút dênh. úu täú quan trng trong sn xút cháút do gia cỉåìng l sỉû tỉång tạc v bạm dênh giỉỵa cháút kãút dênh v såüi. Såüi phi tháúm ỉåït täút båíi nhỉûa. Mún váûy phi xỉí l såüi. Bãn cảnh âọ trong quạ trçnh gia cäng cháút do gia cỉåìng v cạc sn pháøm polimer khạc cn xút hiãûn σ % phủ gia hióỷn tổồỹng co ngoùt. S ổỷ co ngoùt naỡy laỡm meùo moù hỗnh daỷng saớn phỏứm vaỡ laỡm tng ổùng suỏỳt nọỹi, aớnh hổồớng õóỳn tờnh chỏỳt cồ hoỹc. Do vỏỷy õóứ saớn xuỏỳt caùc saớn caùc saớn phỏứm coù chỏỳt lổồỹng cao cỏửn phaới choỹn chỏỳt kóỳt dờnh coù õọỹ co ngoùt thỏỳp. Mọỹt õỷc õióứm nổợa cỏửn chuù yù khi saớn xuỏỳt chỏỳt deợo gia cổồỡng õỷ bióỷt saớn phỏứm tổỡ chỏỳt deợo vaỡ kim loaỷi laỡ sổỷ giaớn nồớ nhióỷt cuớa chuùng. Sổỷ giaớn nồớ khaùc nhau seợ laỡm phaù huyớ sổỷ baùm dờnh giổợa chỏỳt gia cổồỡng vaỡ chỏỳt kóỳt dờnh. . trục ca Polymer. γ: nọi lãn nh hỉåíng ca mỉïc âäü kẹo càng lãn thåìi gian säúng ca Polymer. Mỉïc âäü nh hỉåíng ny ráút nhảy våïi cáúu trục ca Polymer v. caùc polymer trong traỷng thaùi õaỡn họửi bở keùo cng. ọỹ bóửn cuớa nhổợng polymer naỡy chuớ yóỳu do khaớ nng kóỳt tinh cuớa chuùng. ọỳi vồùi nhổợng polymer