CHƯƠNG 6: VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI
1. POLYME, CAO SU, CHẤT DẺO
1.1. Polyme.
1.1.1. Định nghĩa:
Polyme là hợp chất cao phân tử được cấu tạo từ rất nhiều nhóm có cấu tạo hoá học giống nhau lặp đi lặp lại và chúng nối với nhau bằng liên kết đồng hoá trị
1.1.2. Phân loại:
a. Phân loại theo phương pháp tổng hợp.
+ Polyme tự nhiên.
+ Polyme trùng hợp.
+ Polyme trùng ngưng.
b. Phân loại theo cấu tạo hoá học.
+ Polyme mạch cacbon.
+ Polyme dị mạch: trong mạch chính ngoài nguyên tố cacbon còn có các nguyên tố khác như O, N, S …
c. Phân loại theo lĩnh vực ứng dụng: Chất dẻo, lớp phủ bảo vệ, sơn, sợi, cao su, keo dán, polyme compozit.
1.1.3. Cách gọi tên polyme.
Cách gọi đơn giản nhất tên polyme = poly + tên của monome tạo thành polyme – tham gia phản ứng trùng hợp.
Monome: Là những phân tử hữu cơ đơn giản có chứa liên kết kép (đôi hoặc ba) hoặc có ít nhất hai nhóm chức hoạt động có khả năng phản ứng với nhau.
Ví dụ: etylen = polyetylen Vinylclorua = polyvinylclorua
1.1.4. Đặc điểm của tính chất vật lý của polyme.
-Polyme đồng thời có tính chất của vật thể rắn và lỏng.
-Độ nhớt của dung dịch rất cao.
-Khả năng polyme trương lên trong khi hòa tan.
-Khả năng thể hiện rất mạnh tính bất đẳng hướng của tính chất.
1.2. Chất dẻo.
1.2.1. Định nghĩa:
Chất dẻo là loại vật liệu nhân tạo được sản xuất ra từ các chất hữu cơ (phênol, anđehít, rượu…). ở nhiệt độ nhất định chất dẻo trở lên mềm, dẻo và có thể tạo hình dưới áp suất cao. Chất dẻo được tổng hợp từ các phản ứng hóa học.
1.2.2. Thành phần:
Trong chất dẻo tuỳ theo công dụng người ta pha thêm một số chất khác để nâng cao tính năng của chất dẻo. Sau đây là một số chất thường dùng:
- Chất độn: Được cho thêm vào để làm tăng độ bền, độ cứng và làm giảm độ co ngót của chất dẻo khi tạo hình.
- Chất lỏng dẻo: Có tác dụng làm tăng tính dẻo, làm cho chất dẻo bền vững ngay cả khi ở nhiệt độ thấp.
- Chất bôi trơn: Có tác dụng làm cho chất dẻo không bị dính vào khuôn khi tạo hình.
- Chất lỏng rắn: Có tác dụng làm cho chất dẻo đang ở thể lỏng trở thành rắn khi nguội.
- Chất tạo màu: Có tác dụng làm cho chất dẻo có màu sắc theo ý muốn.
- Chất ổn định: Có tác dụng làm cho chất dẻo giữ được các tính chất ban đầu dưới tác động của các yếu tố môi trường như nhiệt độ, ánh sáng…
1.2.3. Tính chất của chất dẻo.
- Có trọng lượng riêng nhỏ: Thường chất dẻo có trọng lượng riêng từ 0,9 - 2g/cm3. Một số chất dẻo có trọng lượng 5- 6 g/cm3 hoặc chỉ có 0,02g/cm3. Loại chất dẻo nhẹ có độ xốp cao nên có tính cách âm và nhiệt rất tốt.
- Có độ bền cơ học khá cao, độ bền nhiệt và tính chống ăn mòn tốt, hệ số ma sát nhỏ và tính cách điện rất tốt.
- Có tính công nghệ cao vì công nghệ chế tạo các chi tiết bằng chất dẻo rất đơn giản (chủ yếu là gia nhiệt và ép trong khuôn định hình tạo thành chi tiết).
- Tuy nhiên chất dẻo cũng có một số nhược điểm đó là: bị lão hóa theo thời gian, khi đó độ bền cơ, nhiệt và các tính chất của chất dẻo bị giảm sút nghiêm trọng hoặc bị phá hủy.
1.2.4. Các loại chất dẻo cơ bản:
Chất dẻo có nhiều loại nhưng trong chế tạo máy thường dùng hai loại chính là chất dẻo nóng và chất dẻo cứng nóng.
a. Chất dẻo nóng:
Là nó luôn luôn có thể nóng chảy và tạo hình lại được. Chất dẻo nóng có một số loại sau:
- Plyetilen(PE): Đặc điểm là cứng, có màu trắng ở vật dày và trong suốt ở các vật mỏng. Chất dẻo này đựoc sản xuất ra từ khí êtilen lấy từ dầu mỏ hoặc than đá. Có trọng lượng riêng là 0,92 - 0,96 g/cm3, giới hạn bền kéo σk =1500 - 4000MN/m, độ giãn dài δ = 150-500%. Nó rất bền vững khi chịu tác dụng của axít và kiềm, không thấm nước, giữ được tính dẻo trong phạm vi nhiệt độ khá rộng. Plyêtilen chủ yếu làm chất điện môi trong công nghiệp điện.
- Polyvinilclorua(PVC): Được sản xuất từ propilen nhờ chất xúc tác đặc biệt.
Chất dẻo này chịu ăn mòn hóa học như plyêtilen, nhưng độ bền cơ học và độ bền
nhiệt thì cao hơn, nó được dùng chế tạo các loại ống, cánh quạt bơm nước ly tâm loại nhỏ, các chi tiết của linh kiện điện tử, vô tuyến điện.
b. Chất dẻo cứng nóng:
Sau lần nóng chảy và tạo hình đầu tiên thì không thể làm nóng chảy và tạo hình lại được vì đã mất tính dẻo. Chất dẻo cứng nóng có các loại sau:
- Chất dẻo Bakêlít: Được sản xuất ra từ phenol- phomanđêhit. Loại này được sử dụng rộng rãi vì nó rẻ, dễ chế biến và có thể sản xuất ra các chi tiết có hình dạng phức tạp. Loại này có độ bền cơ học cao, chịu nhiệt, không bị ăn mòn trong môi trường axít, kiềm. Loại này được dùng làm vỏ bình các loại ắc quy, các loại bầu lọc dầu của động cơ ôtô.
- Chất dẻo téctôlít: Được sản xuất bằng cách tẩm nhựa vào giấy, nhựa vào ván gỗ, để làm tăng tính dẫn nhiệt và chống ăn mòn người ta cho thêm chất độn grafít vào téctôlít. Loại này được dùng làm các loại má phanh xe ôtô, một số loại bánh răng chịu lực nhỏ và không cần bôi trơn.
1.3. Cao su.
1.3.1. Phân loại: Hiện nay có hai loại là cao su thiên nhiên và cao su nhân tạo:
- Cao su thiên nhiên: Lấy từ nhựa cây cao su, khi còn nguyên chất có màu trắng đục, để ngoài ánh sáng lâu thì biến thành mầu nâu.
- Cao su nhân tạo: Được tổng hợp từ các hợp chất hữu cơ để tạo ra một số tính chất đặc biệt mà cao su tự nhiên không có được.
1.3.2. Tính chất:
- Cao su có trọng lượng riêng từ 0,92 - 0,94g/cm3, cao su thiên nhiên có tính chịu nhiệt kém (trên 400C thì mềm, đến 1000C thì rất dẻo, đến 1800C thì chảy ra, - 80C thì cứng lại và mất tính đàn hồi).
- Cao su dùng trong công nghiệp và đời sống là cao su thiên nhiên đã lưu hoá, tức là pha thêm vào từ 1- 2 % Lưu huỳnh có tác dụng giữ cho cao su có tính đàn hồi ở nhiệt độ – 200C đến 1000C.
- Cao su có tính đàn hồi cao, có tính chịu kéo rất tốt, có khả năng dập tắt các rung động, không thấm nước, chịu được tác dụng của axít, kiềm.
- Nhược điểm của cao su là tính dẫn nhiệt kém, bị giảm cơ, lý tính khi chịu tác dụng của ánh sáng và nhiệt độ và bị rạn nứt dưới tác dụng của lực kéo.
1.3.3. Công dụng:
Trong chế tạo máy, cao su được dùng rộng rãi như làm các đai truyền động, các đệm và vòng đệm làm kín các mặt tiếp xúc tránh chảy dầu chảy nước, hở khí hoặc làm các ống dẫn nước, ống dẫn hơi chịu áp suất thấp.
- Cao su thiên nhiên (có kí hiệu NR) được sử dụng làm lốp ô tô và các sản phẩm dùng trong môi trường xăng, dầu mỡ.
- Cao su cứng (lưu hoá với lượng lưu huỳnh lớn), dùng cho công nghiệp điện kỹ thuật. Loại này không dùng trong môi trường axit với nồng độ cao hơn 5%.