Bài giảng Vật liệu phi kim thuộc bộ môn Cơ học vật liệu. Bài giảng gồm 6 phần: tổng quan, nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn, cao su, composite, phương pháp gia công,... Mời các bạn cùng tham khảo bài giảng..
Bộ môn Cơ học vật liệu Trường Đại học Bách khoa Hà nội Liên kết kim loại – kim loại Liên kết kim loại – phi kim KIM LOẠI CERAMIC Liên kết phi kim – phi kim POLYMER Tổng quan Nhựa nhiệt dẻo Nhựa nhiệt rắn Chất dẻo Polymer Cao su Composite Phương pháp gia công Nhựa Polymer hợp chất hữu hình thành liên kết hố học bền vững đơn vị polymer với cấu trúc phân tử hoàn toàn giống Các đơn vị nối với thành chuỗi dài (mạch) chứa hàng ngàn đơn vị nên phân tử polymer gọi cao phân tử … CH2 C CH CH2 CH3 CH3 CH3 CH2 C CH2 CH … C CH2 CH NR CH3 … CH2 C = CH CH2 … n n: Độ trùng hợp trung bình ~ số mắt xích trung bình mạch polymer TÍNH CHẤT CHUNG CỦA POLYMER • Polymer nhẹ ( = 0,8 – 2,2 g/cm3) • Polymer vật liệu mềm dẻo (E nhỏ) • Polymer có khả thấu quang tốt • Polymer dễ bị thẩm thấu (bởi chất khí) • Polymer dẫn nhiệt (Độ dẫn nhiệt 4,2.10-2 – 4,2.10-1 W/m.K kim loại lần) • Polymer dẫn điện (Điện trở suất 1010 – 1018 cm kim loại 2.1022 lần) • Polymer bền với hố chất • Polymer có khả tái sử dụng cao (tái sinh, chất đốt) • Polymer có nhiệt độ gia cơng thấp (250 – 400 0C) • Polymer gia cơng nhiều phương pháp (đùn, đúc phun, thổi, ép…) PHỤ GIA TRONG POLYMER • Chất độn trơ: Giảm giá thành sản phẩm…bột đá, đá phấn, đất sét, cao lanh • Chất gia cường: Tăng tính chất cơ-lý…sợi thuỷ tinh, bột kim loại • Chất hoá dẻo: Làm mềm sản phẩm, tăng khả gia cơng…DOP, dầu cơng nghiệp • Chất ổn định: Chống lại ảnh hưởng tiêu cực nhiệt độ, ánh sáng, môi trường… • Chất tạo màu: Tạo màu sắc cho sản phẩm…Ơxit kim loại, bột màu hữu • Chất tạo xốp: Tạo vật liệu xốp…Chất tạo xốp vật lý (nhờ nhiệt độ), chất tạo xốp hoá học (nhờ phản ứng) • Chất chống cháy: Cản trở khả cháy sản phẩm…Hợp chất Clo, Brom • Chất khâu mạch nhựa nhiệt dẻo • Chất lưu hố cao su • Chất đóng rắn nhựa nhiệt rắn PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP POLYMER Trùng hợp Trùng ngưng Phản ứng chuỗi Phản ứng theo bậc Thời gian để tạo mạch cao phân tử Nhanh Lâu Sự phụ thuộc vào phản ứng trước Có Khơng Cần thiết Khơng cần thiết Có chứa nối đơi Chứa nhóm hoạt tính đầu Số nhóm hoạt tính monomer 2 Số loại monomer đơn vị polymer 2 Khơng Có Mạch dài Mạch ngắn Có Khơng có Cơ chế tạo mạch Sử dụng chất khơi mào Yêu cầu monomer Sản phẩm phụ Đặc trưng mạch polymer Mạch nhỏnh Phn ng trựng hp radical Nối đôi Monome Khởi động Phát triển Ngắt mạch n CH2 CH Polyme hoá CH2 CH n CH3 CH3 PP Nhóm hoạt tính vật liệu hữu Nhãm chøc –C=C– –C–O–H H –N–H O COH Tên gọi Nhóm chức Tên gọi Rợu O –C–O–C– Este Amin O H –C–N– Amid Axit O –C–C– Epoxy –C–O–C– Eter –N=C=O Isocyanat Alken O –C– Keton O CH Aldehyt Vòng thơm Phn ng trựng ngng Phenol Formaldehyde Formaldehyde OH CH2 H H CH2 O H H O OH OH OH H O CH2 OH OH OH CH2 CH2 OH H H CH2 OH CH2 OH OH OH OH OH +3 OH OH OH OH OH OH OH CH2 OH OH CH2 CH2 OH + H2O PF OH Phản ứng trùng phối Di-Alcohole OH C=N = HO = O O O H O H = O C N = N C O = C=N N=C O O O N=C = N=C = C=N = Di-Isocyanate O PU Một số kiểu xếp trục cán thông dụng Thảm trải sàn, Cao su Chữ L Chữ I Chữ I Chữ F Chữ F Màng PVC-U Màng PVC-U, Cao su Vải ép mặt Vải ép mặt Màng PVC-U Chữ L Màng PVC-P, Cao su Chữ Z Chữ S Màng PVC-P PVC-U, Cao su Cơng nghệ ép Tranfer molding CƠNG NGHỆ ÉP PHUN NHỰA NHIỆT RẮN VÀ BMC Vacuum molding ① Heat the plastic sheet by upper & lower heaters ② Put the heated sheet on a mold ③ The sheet is drawn a vacuum and attached firmly to the mold Then the sheet is cool down Vacuum ④ The sheet is out of the mold Sơ đồ nguyên lý cơng nghệ dập dẻo (tạo hình nóng) Chày Trước tạo hình Gối đỡ Tấm chất dẻo mềm ( T R < T < T g, T m ) Cối Rãnh khí Sau tạo hình Thermoforming process Độ phức tạp sản phẩm Tổng quan phương pháp gia công chất dẻo Đúc thổi Đúc phun Ép nóng Tạo hình dẻo Đùn Chất dẻo cung cấp dạng sau: - Hạt (granules) - Bột (powders) - Viên (pellets) - Dung dịch (liquids) - Bán sản phẩm (tấm, thanh, ống) Độ lớn sản phẩm Dominick V Rosanto, ‘Plastics Processing Data Handbook’, Chapman & Hall, London 1997, pp Ứng suất trượt (MPa) Vận tốc góc (rad.s 1) Ép nóng 0,01 – 0,03 100 – 101 Cán 0,02 – 0,05 101 – 102 Đùn 0,05 – 0,12 102 – 5.103 Đúc phun 0,1 – 103 – 105 H Batzer, ‘Polymere Werkstoffe, Band II: Technologie 1’, Goerg Thieme Verlag, Stuttgart-New York 1984, pp.68 So sánh ưu nhược điểm số phương pháp gia công cht CôNG NGHệ Đúc thổi (blow molding) Cán (calandering) §óc rãt (casting) Ðp nãng (compression molding) §ïn (extrusion) §óc phun (injection molding) ép lớp (laminating) ƯU đIểM Chi phí thiết bị (máy ựn trục vít + đầu đùn) thấp; tốc độ gia công cao; thích hợp để sản xuất thành phẩm rỗng có hình dáng phức tạp Chi phí gia công thấp; sản phẩm có tính đẳng h-ớng Chi phí gia công thấp; sản phẩm có tiết diện lớn, độ nhẵn cao; thích hợp cho sản xuất với qui m« nhá Chi phÝ gia c«ng thÊp; cã thĨ tận dụng phế liệu từ trình gia công khác; sản phẩm có kích th-ớc từ nhỏ đến lớn Chi phí thiết bị thấp; tốc độ gia công cao; thích hợp để sản xuất lớp vỏ bọc sản phẩm có hình dáng không phức tạp Tốc độ gia công cao; hiệu kinh tế lớn; thích hợp để sản xuất sản phẩm có hình dáng phức tạp, số l-ợng lớn, độ xác cao Th-ờng đ-ợc sử dụng gia công nhựa nhiệt rắn; thích hợp để sản xuất sản phẩm có kích th-ớc lớn HạN CHế Chỉ thích hợp để sản xuất phận hình ống rỗng ruột; chiều dày vách ngăn dung sai khó kiểm tra Chỉ thích hợp để sản xuất sản phẩm có dạng tấm; không thích hợp để sản xuất màng mỏng Chỉ thích hợp để sản xuất sản phẩm đơn giản; không thích hợp cho sản xuất với qui mô lớn Sản phẩm có chất l-ợng thấp (dung sai cao, không đồng ); tạo nhiều phế liệu Chỉ thích hợp để sản xuất sản phẩm có tiết diện đều, giống Chi phí thiết bị cao; không thích hợp cho sản xuất nhỏ Chi phí thiết bị cao; thích hợp để sản xuất sản phẩm có hình dáng tiết diện đơn giản Dominick V Rosanto, Plastics Processing Data Handbook, Chapman & Hall, London 1997, pp 14-19 Sơ đồ nguyên lý số công nghệ hàn chất dẻo Thiết bị hàn Que hàn Mối hàn Vật cần hàn Khí nóng Mối hàn Màng phân cách Tấm gia nhiệt Mặt tác dụng Vật cần hàn Chày ép Tấm đàn hồi cách nhiệt Hàn xung nhiệt Hàn khí nóng Dây điện trở cao Mối hàn Hàn dây đốt nóng Mặt tác dụng Vật cần hàn Vật cần hàn Mặt tác dụng Thanh gia nhiệt Đệm ngăn Hàn tiếp xúc Mối hàn Sơ đồ nguyên lý số công nghệ hàn chất dẻo Vật cần hàn Bộ khuếch đại âm tần Thiết bị tạo ma sát Giá kẹp mẫu Mối hàn Hàn ma sát Nguồn điện cao tần Dao động siêu tần Mối hàn Vật cần hàn Điện cực Cái đe Điện cực Vật cần hàn Mối hàn Hàn siêu âm Hàn dòng điện cao tần Sơ đồ nguyên lý số công nghệ nghiền chất dẻo Nghiền trục cán Nghiền búa Nghiền dao Nghiền đinh chốt PS, PF PS, PF, PMMA PVC, PE, PP, PA PVC, PE, PF Vật liệu giòn Vật liệu dai Vật liệu đàn dẻo ...Liên kết kim loại – kim loại Liên kết kim loại – phi kim KIM LOẠI CERAMIC Liên kết phi kim – phi kim POLYMER Tổng quan Nhựa nhiệt dẻo Nhựa nhiệt rắn... sáng, mơi trường… • Chất tạo màu: Tạo màu sắc cho sản phẩm…Ôxit kim loại, bột màu hữu • Chất tạo xốp: Tạo vật liệu xốp…Chất tạo xốp vật lý (nhờ nhiệt độ), chất tạo xốp hố học (nhờ phản ứng) • Chất... g/cm3) • Polymer vật liệu mềm dẻo (E nhỏ) • Polymer có khả thấu quang tốt • Polymer dễ bị thẩm thấu (bởi chất khí) • Polymer dẫn nhiệt (Độ dẫn nhiệt 4,2.10-2 – 4,2.10-1 W/m.K kim loại lần) •