Chương 7 : VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI
2.1. Chất dẻo, đâ măi, cao su, gỗ, amiăng
a. Khâi niệm chung về chất dẻo
- Định nghĩa
Chất dẻo lă vật liệu nhđn tạo, được sản xuất từ câc chất hữu cơ. Lă vật liệu có khả năng bị biến dạng khi chịu tâc dụng của nhiệt, âp suất vă vẫn giữ được sự biến dạng đó khi thơi khơng tâc dụng.
- Thănh phần của chất dẻo
Chất dẻo lă hỗn hợp của nhiều chất:
* Pôlyme: Lă thănh phần cơ bản nhất của chất dẻo.
* Chất hoâ dẻo: Được đưa thím văo với chất lượng (10 ÷ 20 )% để tăng tính dẻo vă cải thiện tính tạo hình. Thường lă câc Este hoặc Pơlyme có phần tử dẻo dể uốn.
* Chất độn: Được đưa văo với lượng (40 ÷ 70 )% để nđng cao cơ tính giảm giâ thănh vă thay đổi câc thông số khâc. Chất độn lă những chất hữu cơ vă vô cơ ở dạng bột (bột gỗ, bồ hóng, mica, SiO2, TiO2, Graphít ), dạng sợi (sợi bông, thuỷtinh, amiăng, pôlyme), dạng tấm ( giấy, vải từ câc sợi khâc nhau, lớp gỗ ).
* Chất ổn định: Lă những chất hữu cơ khâc nhau để duy trì cấu trúc phđn tử vă ổn định tính chất, lăm cho tính chất lêo hô của chất lỏng chậm lại.
* Câc chất phụ gia đặc biệt: Lă vật liệu bôi trơn, tạo mău, chất bảo vệ, chất giảm điện tích luỹ vă bắt chây, ...
* Chất đóng rắn: Được đưa thím văo chất dẻo nhiệt rắn dễ hô cứng.
- Tính chất chung của chất dẻo
+ Nhẹ, khối lượng riíng: γ = 0,9 - 2 g/cm3
+ Câch nhiệt, câch điện, câch ẩm tốt. + Độ bền cơ học khâ cao.
+ Bền vững về mặt hoâ học, chịu được axit, bazơ.
- Công dụng
45
+ Trong lĩnh vực điện vă vô tuyến điện: Được sử dụng nhiều vì có tính câch điện tốt.
+ Trong ngănh chế tạo câc chi tiết mây có độ bền vững vừa phải, nhẹ vă khơng bị ăn mịn như: Bình chứa, câc bộ phận của băng truyền, cânh bơm, bânh răng, bânh vít, phanh hêm, ổ trượt, ... Ngoăi ra chất dẻo cịn dùng phủ lín kim loại nhằm chống ăn mòn kim loại.
+ Trong đời sống: Chế tạo đồ dùng sinh hoạt gia đình như: Guốc, dĩp, âo mưa, chậu, bât, ...
b. Phđn loại chất dẻo
Chất dẻo mềm nhiệt (Pôlyme chất dẻo)
Chất dẻo mềm nhiệt lă loại chất dẻo có thể lăm nóng chảy vă tạo hình lại được, bao gồm :
- Pơly ítylen (PE): Được sản xuất ra từ khí ítylen, lă loại chất dẻo khơng dẫn nhiệt vă điện, không thấm nước. Được dùng để tạo dđy điện, chai, lọ, măng bao gói, âo đi mưa, ...
- Pôlyvinil clorua (PVC): Được sản xuất ra từ cloruavinil, lă chất dẻo bền với axit vă kiềm. Thường dùng sản xuất vải giả da, dĩp nhựa, ống nhựa, hoa nhựa, ..
- Pôly prôpilen (PP): Được sản xuất từ prơpilen nhờ có chất xúc tâc đặc biệt. Có tính chịu ăn mịn hơ học tương tự như pơly ítylen nhưng độ bền cơ học vă tính chịu nhiệt cao hơn. Dùng để chế tạo câc loại ống, cânh quạt bơm nước ly tđm, câc dụng cụ y tế, điện tử, vô tuyến điện.
Chất dẻo cứng nhiệt (Pôlyme nhiệt rắn)
- Chất dẻo Phenol (Bakílit): Được sản xuất từ Phenol - Pomanđíhit. Có độ bền cơ học khâ cao, chịu nhiệt, chịu axit vă kiềm rất tốt. Được dùng nhiều trong công nghiệp điện vă điện tử.
- Chất dẻo có thớ Tectơlit vă Hítinâc: Được sản xuất bằng câch tẩm nhựa Phenol - Pomanđíhit văo sợi bơng hoặc sợi vải tổng hợp, để tăng tính dẫn nhiệt vă chống mịn có thể cho thím chất độn Graphit văo Tectôlit. Tectôlit được dùng để chế tạo bânh răng, bạc lót.
Hítinâc được dùng sản xuất bằng câch tẩm nhựa Phenol - Pomanđíhit văo giấy. Hítinâc hơn hẳn Tectơlit ở chỗ có tính câch điện cao vă chịu ẩm tốt. Được dùng lăm vật liệu câch điện, kể cả với điện âp cao âp.
2.1.2. Đâ măi
a. Khâi niệm chung Định nghĩa
Đâ măi lă loại dụng cụ cắt có nhiều lưỡi cắt với thơng số hình học khơng xâc định. Câc hạt măi được dính kết với nhau nhờ chất kết dính.
46
Cấu tạo
Đâ măi được cấu tạo bao gồm: - Hạt măi ( vật liệu măi ). - Chất kết dính.
- Khoảng trống.
Đặc điểm cắt gọt của đâ măi
- Ở đâ măi câc lưỡi cắt không giống nhau.
- Hình dạng hình học của mỗi hạt măi khâc nhau, bân kính góc lượn ở đỉnh của
mỗi hạt măi, hướng của góc cắt sắp xếp hỗn loạn, khơng thuận lợi cho việc thôt phoi.
- Khi cắt có nhiều hạt măi cùng đồng thời cắt gọt vă hướng góc cắt của mỗi hạt không phù hợp với nhau, tạo ra ma sât cho câc chi gia công bị nung nóng rất nhanh vă nhiệt độ tại vùng măi rất lớn, dễ lăm chây bề mặt gia công vă lăm thay đổi cơ lý tính của vật liệu.
- Đâ măi có tính tự sửa : Sau một thời gian lăm việc, câc hạt măi bị mịn khơng cịn khả năng cắt gọt, lúc năy đâ măi chỉ că sât trín bề mặt chi tiết, sẽ sinh ra ma sât, lăm âp lực măi tăng lín cho đến khi thắng lực liín kết dính, lăm câc hạt măi bị mịn rơi ra khỏi đâ để câc hạt măi bín trong cịn sắc cạnh nhơ ra để cắt gọt. Hiện tượng năy xảy ra liín tục trong q trình măi.
b. Câc yếu tố đặc trưng của đâ măi
Độ hạt: Độ hạt lă kích thước thực tế của hạt măi vă được ký hiệu bằng số, hạt căng mịn thì số chỉ thị căng nhỏ. Độ hạt có ảnh hưởng đến năng suất vă chất lượng măi. Độ hạt căng to thì năng suất măi căng cao nhưng độ chính xâc vă độ bóng bề mặt lại thấp, cụ thể :
- Khi măi thơ: Dùng đâ có độ hạt 200 ÷ 100. - Khi măi bân tinh: Dùng đâ có độ hạt 80 ÷ 40. - Khi măi tinh: Dùng đâ có độ hạt 32 ÷ 10.
Độ cứng: Độ cứng lă đặc trưng cho độ bền của chất kết dính, lă khả năng giữ hạt măi khơng bị rơi ra khỏi đâ măi. Đâ căng mềm thì hạt măi căng dễ tâch ra khỏi đâ vă ngược lại đâ căng cứng thì hạt măi căng khó tâch ra khỏi đâ.
Độ cứng đâ măi được phđn ra nhiều cấp: Mềm, mềm vừa, trung bình, cứng, cứng vừa, đặc biệt cứng.
Ngun tắc chọn độ cứng đâ măi:
- Khi măi vật liệu cứng: Chọn đâ măi mềm. - Khi măi vật liệu mềm: Chọn đâ măi cứng.
47
Kết cấu đâ măi (mật độ đâ măi )
Kết cấu đâ măi đặc trưng cho độ xốp của đâ, nói lín tỷ lệ giữa thể tích hạt măi, chất kết dính vă khoảng trống. Có 13 mức độ kết cấu khâc nhau, từ N0 ÷
N12. Số căng nhỏ thì kết cấu căng chặt (căng có nhiều hạt măi vă căng có khoảng trống).
Kết cấu đâ măi được chia lăm 3 nhóm: - Nhóm kết cấu chặt: N0 ÷ N3.
- Nhóm kết cấu vừa: N4 ÷ N6. - Nhóm kết cấu xốp: N7 ÷ N12.
Khi măi vật liệu dẻo (Cu, Al) dùng đâ có kết cấu xốp, khi măi vật liệu cứng (gang, thĩp) dùng đâ có kết cấu chặt hơn.
c. Bột đâ măi
Bột đâ măi có 2 loại:
- Bột đâ măi tự nhiín như: Thạch anh, Coranh đông vă bột đâ măi nhđn tạo như : Coranh đông điện, Silicacbua, Bôcacbua.
- Bột đâ măi lă vật liệu có độ cứng cao, chịu măi mòn tốt, dùng để lăm đâ
măi vải giâp, giấy giâp. Ngoăi ra cịn dùng để đânh bóng câc bề mặt chi tiết.
2.1.3. Cao su
a. Phđn loại
Có 2 loại cao su lă cao snu thiín nhiín vă cao su nhđn tạo.
- Cao su thiín nhiín: Được lấy từ nhựa của cđy cao su. Khi mới lấy ra có mầu trắng đục, nếu để lđu ngoăi ânh sâng sẽ biến thănh mầu nđu.
- Cao su nhđn tạo: Lă những vật liệu pôlyme tương tự cao su thiín nhiín, do có người điều chế từ câc chất hữu cơ đơn giản hơn, thường bằng phản ứng trùng hợp.
Ví dụ: Cao su Butadien (Cao su Buna), cao su Isopren, ...
- Cao su thường dùng trong công nghiệp vă đời sống lă cao su đê lưu hô tức lă đê pha thím (1 ÷ 2)% lưu huỳnh.
b. Tính chất
Tính chất nổi bật của cao su lă tính đăn hồi. Cao su lưu hóa giữ được tính đăn hồi ở khoảng nhiệt độ 200C ÷ 1000C. Cao su cịn có một số tính chất q khâc như: Độ bền khâ cao, chịu măi mịn rất tốt, khơng thấm nước vă khí, có khả năng dập tắt nhanh câc rung động; câch nhiệt, câch điện tốt, chịu được tâc dụng hô học của axit, kiềm; khối lượng riíng nhỏ.
Nhược điểm của cao su lă: Bị giảm dần cơ tính khi chịu tâc dụng của ânh sâng vă nhiệt độ, bị hoă tan trong một số dung môi hữu cơ như: Xăng, dầu, ...
48
c. Công dụng
Cao su được sử dụng rộng rêi trong công nghiệp vă đời sống. Trong ngănh cơ khí, cao su được dùng rộng rêi để chế tạo câc loại sản phẩm sau:
- Đai truyền chuyển động, đai truyền vận chuyển (băng tải vận chuyển cât, than, đâ, ...).
- Vòng đệm lăm kín câc mặt tiếp xúc giữa câc chi tiết mây nhằm trânh chảy dầu, nước, trânh rị khí, trânh bụi, ...
- Ống dẫn chất lỏng, chất khí chịu âp suất thấp. - Chế tạo câc vật phẩm câch điện.
2.1.4. Gỗ
Ngăy nay, tuy công nghiệp vật liệu đê phât triển vă đê sản xuất được nhiều loại vật liệu nhưng gỗ vẫn còn lă một loại vật liệu quan trọng trong công nghiệp.
Gỗ lă loại vật liệu nhẹ (khối lượng riíng nhỏ 0,35 ÷ 0,75 g/cm3) độ dẫn nhiệt vă dẫn điện nhỏ, có vẻ đẹp tự nhiín, chịu được tâc dụng của một số mơi trường khơng khí, dễ gia cơng thănh câc sản phẩm, giâ thănh rẻ.
So với kim loại vă hợp kim thì gỗ có độ bền vă độ cứng thấp hơn. Giới hạn bền kĩo (dọc theo thớ) phụ thuộc văo loại gỗ vă dao động trong khoảng 600 ÷ 1400 KG/cm2. Gỗ căng thô khả năng chịu lực căng tăng.
Nhược điểm của gỗ lă độ bền không đồng đều (độ bền dọc thớ cao hơn độ bền ngang thớ), gỗ dễ hút ẩm, dễ bị mục, mối mọt vă dễ bị chây.
Gỗ sử dụng rộng rêi trong cơng nghiệp với nhiều mục đích khâc nhau. Trong ngănh cơ khí, gỗ được dùng để lăm mẫu đúc, lăm thùng ơtơ, thùng đựng vă chun chở sản phẩm. Trong ngănh xđy dựng, gỗ được dùng lăm nhă cửa. Trong sinh hoạt, gỗ được dùng rộng rêi để đóng băn ghế, giường tủ, ... Bột gỗ sau khi đê trộn với keo dính vă ĩp dưới âp suất cao sẽ thănh loại vật liệu tốt vă rẻ, được sử dụng rộng rêi trong dđn dụng vă công nghiệp.
2.1.5. Amiăng
a. Tính chất
- Amiăng được lấy từ quặng mỏ gồm câc chất canxi, silicat vă magií mău trắng mịn có thớ nhỏ. Amiăng được cung cấp dưới dạng sợi, tấm hoặc thanh.
- Đặc tính quan trọng của amiăng lă không bị chây, chịu axit, câch nhiệt, câch điện.
b. Công dụng
Trong công nghiệp, amiăng được sử dụng rộng rêi để lăm chất câch nhiệt, lăm tấm đệm chịu nhiệt, găng tay cản nhiệt, quần âo cứu hoả, tấm lợp, tấm lât, tường phòng hoả, ... Ngoăi ra, amiăng còn dùng để chế tạo mâ phanh ô tô.
49
