CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 5.1 Cơ chế làm nguội khi tôi trong dung dịch polyme PVP và PAG
5.8.5. Xác định khối lượng phân tử của polyme sau các lần tôi bằng phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
cộng hưởng từ hạt nhân (NMR)
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân(1H-NMR) nhận được cho chúng ta biết loại proton, số lượng proton và độ chuyển dịch hóa hoc tương ứng, vì vậy dựa vào phổ chúng ta có thể biết được các thông tin về cấu trúc polyme, khối lượng phân tử polyme [125]. Phổ 1H- NMR của dung dịch tôi PVP 4% ban đầu và sau 150, 200 lần tơi được thể hiện rõ ở hình 5.50
Hình 5.50 Phổ 1H NMR của dung dịch tôi PVP 4% lúc chưa tôi (a), sau 100 tôi (b) và sau 200 lần tôi (c)
Mặt khác độ chuyển dịch hóa học tương ứng với các proton trong cấu trúc phân tử polyme được thể hiện ở bảng 5.15
Bảng 5.15 Cấu trúc phân tử của PVP và độ chuyển dịch hóa học của các proton
trong PVP Độ chuyển dịch hoá học (ppm) Quy kết 3.97 3.82 H-1 3.48 H-2 2.61 2.49 H-3 2.19 H-4 1.90 1.75 H-5 1.08 CH3 đầu mạch (H-6)
Từ công thức phân tử của PVP như trên, khối lượng phân tử polyme PVP được xác định theo công thức sau:
= 122 ∗ 2 + 111 ∗ (5.4) Trong đó n là số mắt xích monome C6H9ON.
Và n được tính theo cơng thức:
= ườ độ
ườ độ (5.5)
Dựa vào phổ 1H-NMR ta tính được n theo cơng thức (5.5), sau đó thay giá trị của n vào cơng thức (5.4) ta sẽ tính được khối lượng phân tử của PVP . Kết quả được thể hiện chi tiết trong bảng 5.16 sau:
Bảng 5.16 Khối lượng phân tử PVP trong dung dịch sau một số lần tôi
Mẫu Cường độ proton H6
ườ độ 1
n Khối lượng phân tử
PVP [g/mol]
PVP ban đầu 0,56x10-3/0.48 2571 258605
PVP sau 100 lần tôi 0,95x10-3/0.5 1579 175493
PVP sau 200 lần tôi 1,05x10-3/0.32 914 101678
Từ kết quả nhận được ta thấy, khối lượng phân tử của polyme ban đầu vào khoảng 258605g/mol. Dung dịch tôi PVP càng trải qua nhiều lần tơi thì khối lượng phân tử của polyme càng giảm. Sau 100 lần tôi khối lượng phân tử PVP giảm 32% và sau 200 lần tôi khối lượng phân tử giảm 61%.
5.9. Kết luận chương 5
Các kết quả nghiên cứu thực nghiệm cho thấy rằng dung dịch tôi polyme PVP và PAG hịa tan trong nước đều có chung một đặc điểm là khi nồng độ của polyme trong dung dịch tăng thì độ nhớt của dung dịch cũng tăng lên, nhưng nhiệt dung riêng và tốc độ nguội của dung dịch lại giảm đi.
Các dung dịch tơi PVP 2% và PVP4% có đường nguội giống với đường nguội lý tưởng hơn so với dầu. Chúng đều có tốc độ nguội lớn nhất (CRmax) lớn hơn của dầu và cao hơn tốc độ nguội tới hạn của thép OL100Cr1,5, đồng thời tốc độ nguội tại vùng nhiệt độ chuyển biến mactenxit lại nhỏ hơn so với dầu cho nên hai nồng độ này của PVP trong nước hồn tồn thay thế được cho dầu để tơi thép OL100Cr1,5. Dung dịch polyme PVP ở nồng độ 6% khơng thích hợp để tơi thép OL100Cr1,5 do có tốc độ nguội CRmax nhỏ hơn tốc độ nguội tới hạn của thép và tốc độ nguội ở tất cả các vùng nhiệt độ đều nhỏ hơn của dầu rất nhiều nên chúng không thể thay thế dầu để làm môi trường tôi.
Các dung dịch tôi polyme loại PAG ở nồng độ thấp đều có tốc độ nguội lớn hơn của dầu rất nhiều. Khi tăng nồng độ PAG lên đến 15% thì tốc độ nguội lớn nhất của dung dịch giảm tới gần CRmax của dầu, nhưng tốc độ nguội ở vùng chuyển biến mactenxit lại lớn hơn của dầu nên có thể sử dụng dung dịch PAG15% để tơi thép OL100Cr1,5 nhưng khi đó chi tiết tơi sẽ có ứng suất dư cao. Dung dịch PAG ở nồng độ 20% khơng thích hợp để tơi thép OL100Cr1,5 do đặc tính làm nguội khơng phù hợp và giá thành cao.
Dung dịch PVP có độ nhớt cao hơn nhiều so với dung dịch PAG ở cùng một nồng độ và PVP ổn định nhiệt hơn so với PAG. Tốc độ nguội của dung dịch PVP 4% sau 200 lần tôi so với dung dịch mới pha chế ban đầu tăng khoảng 33%, còn dung dịch PAG 15% tăng 43% - nghĩa là tuổi thọ của dung dịch PVP cao hơn so với dung dịch PAG.
Dung dịch tôi PVP 4% sau khi đã tơi 100 lần thì tốc độ nguội ở nhiệt độ 300oC tăng lên tương đương với môi trường dầu – nghĩa là dung dịch PVP 4% sau 100 lần tơi vẫn có thể thay thế được cho mơi trường tơi dầu. Sau 150 lần tơi thì dung dịch PVP 4% có tốc độ nguội lớn hơn dầu, nên để đảm bảo được tốc độ nguội như ban đầu thì cần phải bổ sung thêm một lượng polyme vào trong dung dịch.
Các kết quả thực nghiệm đo đạc biến dạng, ứng suất dư, tổ chức tế vi, thành phần pha và độ cứng tế vi đều sát với các kết quả tính tốn mơ phỏng nên có thể khẳng định rằng phương pháp và chương trình máy tính mơ phỏng q trình tơi thép OL100Cr1,5 đã xây dựng trong luận án này là đạt được độ tin cậy cao và có thể áp dụng vào thực tiễn.