CHƯƠNG 5 VẬT LIỆU POLYME
5.2. Gia công vật liệu polyme
5.2.1. Tính chất gia công của vật liệu polyme
5.2.1.1. Tính chất cơ học vật liệu polyme
Độbền phá hủy của vật liệu polyme tương đối thấp so với kim loại và gốm. Nhìn chung sự phá hủy của polyme nhiệt rắn là giịn. Trong q trình phá hủy hình thành các vết nứt ởnhững nơi tập trungứng suất.
Polyme nhiệt dẻo có thể bị phá hủy dẻo hoặc giòn và sốlớn polyme loại này có khả năng chuyển từdạng dẻo sang giịn. Các yếu tốlàm thuận lợi cho phá hủy giòn là: nhiệt độ thấp, tốc độbiến dạng lớn, các vết nứt có sẵn, chiều dày của mẫu lớn.
Các loại nhựa nhiệt dẻo giống thủy tinh, giònở nhiệt độ tương đối thấp, khi nhiệt độ tăng, nó trởnên dẻoở nhiệt độgần với nhiệt đột thủy tinh hóa và có biến dạng dẻo trước khi phá hủy.
Một hiện tượng tham gia vào quá trình phá hủy của các polyme nhiệt dẻo là sự rạn nứt giống như trong thủy tinh. Các vết nứt tếvi hình thànhở những vùng chịuứng suất cao, nơi có các hạt tạp chất và các vết xước. Hiện tượng này xảy ra theo chiều vng góc với lực tác dụng. Đồng thời với hiện tượng rạn nứt, có những vùng chảy cục bộ đưa đến việc hình thành các mạch định hướng và những lỗ rỗ nhỏ. Chiều dày của các vết nứt tếvi này khoảng 5 µm hoặc nhỏ hơn.
Khác với các vết nứt vĩ mơ, vết nứt tếvi cũng vẫn có thểchịu lực. Đương nhiên lực tác dụng phải nhỏ hơn giá trị khi vật liệu chưa rạn nứt. Nếu lực tác dụng đủ lớn, các vết nứt sẽ hình thành từ các vết nứt tếvi do cấu trúc bị phá hủy và các lỗ rỗphát triển. Dưới tác dụng tiếp của lực, vật liệu sẽbịphá hủy dọc theo các vết nứt này.
a. Độ dai va đập
Khả năng chịu tác dụng va đập của vật liệu polyme có liên quan đến một số ứng dụng. Cũng như kim loại, polyme có thểbị phá hủy dẻo hoặc giòn trong điều kiện tác dụng của lực va đập, phụ thuộc vào nhiệt độ, kích thước mẫu, tốc độ biến dạng, cách tác dụng lực. Polyme tinh thể và vơ định hình giịnở nhiệt độthấp và cả hai có độdai va đập tương đối thấp. Chúng có sự chuyển tiếp từ dẻo sang giòn ở khoảng nhiệt độ tương đối hẹp. Tất nhiên, độ dai va đập giảm dầnởnhiệt độ cao hơn vì polyme bắt đầu mềm. Thông thường, độ dai va đập cao ở nhiệt độphòng và nhiệt độ chuyển tiếp dẻo- giòn thấp hơn nhiệt độ phịng.
b. Độbền mỏi
Polyme có thể bị phá hủy do mỏi khi lực tác dụng theo chu kỳ. Cũng như kim loại, mỏi xảy ra ở ứng suất tương đối thấp so với giới hạn bền kéo. Thử nghiệm mỏi vật liệu polyme không phổ cập như vật liệu kim loại. Tuy nhiên, hiện tượng mỏi của cả hai loại gần giống nhau và đường biểu diễn có cùng dạng. Một số polyme có giới hạn mỏi, đó là trị số ứng suất màở đó ứng suất phá hủy trở nên độc lập với sốchu kỳ tác dụng lực, một sốkhác lại khơng có giới hạn này. Tất nhiên, độbền và giới hạn mỏi của vật liệu polyme nhỏ hơn của kim loại nhiều.
c. Độbền xé và độcứng
Các tính chất này đơi khi có ảnh hưởng đến việc lựa chọn polyme trong một số ứng dụng đặc biệt. Độ bền xé rách là một tính chất quan trọng của một số loại chất dẻo, nhất là loại dùng ở dạng màng mỏng như bao bì. Độ bền xé là năng lượng cần thiết đểxé rách một mẫu có kích thước chuẩn. Độbền kéo và xé rách có liên quan với nhau. Cũng như kim loại, độcứng của vật liệu nói lên khả năng chống cọ xước, xuyên qua. Đa số phương pháp đo độ cứng đều dựa trên nguyên lý tương tự như dùng cho kim loại.
5.2.1.2. Phương pháp gia công vật liệu polyme
Đa số vật liệu polyme thơng dụng được gia cơngở trạng thái nóng chảy, sau đó làm lạnh. Do vậy, để kiểm tra và điều chỉnh các bước gia công, người ta thường sử dụng các đại lượng khơng có thứ nguyên như độ đùn, khả năng điền khuôn, khả năng kéo sợi, khả năng định hướng. Những đại lượng này được thể hiện qua các thơng số thực tế(chỉsốchảy, chỉsố điền khn,…)
Mục đích của gia công là biến đổi vật liệu polymeở dạng xuất xưởng (hạt, bột, chất lỏng nhớt, …) thành dạng sản phẩm để sử dụng. Thông thường trong gia công thường kèm theo các biến đổi vật lý, nhưng cũng có nhiều biến đổi hóa học của vật liệu có thểxảy ra.
Có thể chia các phương pháp gia cơng thành mấy nhóm sau:
tấm, các profile khác nhau hoặc bọc các loại cáp.
Đùn kìm theo một cơng đoạn xử lý, sau khi vật liệu đầu đùn cần có một cơng đoạn xửlý tiếp theo để định hình sản phẩm, ví dụthổi màng, thổi khn, kéo sợi, kéo màng có xửlý nhiệt…
Tạo hình trong khn, vật liệu được đưa vào khn để định hình bằng cách ép phun hoặc ép áp lực.
Gia cơng tạo hình, là tập hợp các phương pháp định hình sản phẩn như tạo hình bằng chân khơng, cán ép, đúc quay, tạo xốp….
Có ba vấn đề đặc biệt quan trọng cần chú ý khi xét đến việc gia công polyme là khả năng gia công (hoặc tái sinh) của polyme, khả năng kiểm tra được quá trình, ảnh hưởng của q trìnhđến tính chất sản phẩm.