Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.2. Tổng quan về vật liệu nhựa sử dụng trong công nghệ ép phun
2.2.3. Các tính chất của Polymer
Một số tính chất cơ học quan trọng của vật liệu nhựa: độ bền kéo, độ dãn dài, độ cứng, độ dai va đập, chống mài mòn, modun đàn hồi…
2.2.3.1. Độ bền cơ học
Độ bền cơ học là khả năng chống lại sự phá hoại dưới tác dụng của các lực cơ học. Độ bền của một sản phẩm làm bằng vật liệu polymer phụ thuộc nhiều yếu tố như:
Chế độ trùng hợp, loại xúc tác, phụ gia…
Phương pháp gia công.
Kết cấu hình dạng sản phẩm…
Thông số cơ bản phản ánh độ bền Polymer: Giới hạn bền ( b) là giá trị ứng suất mà mẫu bị phá hoại trong những điều kiện đã cho. Giới hạn bền có thể được xác định theo một số loại biến dạng khác nhau như biến dạng kéo đứt, biến dạng nén, biến dạng uốn,… tương ứng là độ bền kéo đứt, độ bền nén, và độ bền uốn… .
Độ bền kéo đứt: là khả năng chịu lực của vật liệu khi bị kéo dãn bằng một lực xác định ở tốc độ kéo dãn xác định ra cho đến lúc đứt.
Độ bền uốn: là khả năng chịu lực của vật liệu khi chịu uốn.
Độ bền nén: là khả năng chịu lực của vật liệu khi bị nén.
Giới hạn bền của polymer phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường thử nghiệm và thời gian tác dụng của lực nên khi so sánh độ bền các polymer với nhau phải so sánh ở cùng điều kiện thử nghiệm.
Độ biến dạng cực đại tương đối: cũng phụ thuộc loại biến dạng, tốc độ biến dạng và nhiệt độ. Nó phép suy luận vật liệu đang ở trạng thái nào khi đứt. Ví dụ: khi vật thể dòn bị đứt, độ biến dạng cực đại tương đối không vượt quá vài %, còn trạng thái mềm cao từ hàng trăm phần trăm đến phần ngàn. Trong trường hợp kéo đơn trục, độ biến dạng tương đối cực đại có thể là độ dãn dài khi đứt.
2.2.3.2. Độ dai va đập
Hiện trạng chống lại tải trọng động của chất dẻo thường có thể phân tích bằng kết quả kiểm tra độ dai va đập. Thực hiện trên thiết bị Charpy – dùng con lắc dao động (búa) để phá vỡ mẫu thử được kẹp chặt hai đầu, xác định công va đập riêng trên 1 đơn vị diện tích mẫu thử (kJ/m2).
2.2.3.3. Modun đàn hồi
Đặc trưng cho độ cứng của vật liệu hoặc đặc trưng cho tính chất của vật liệu, mà dưới tác dụng của một lực đã cho thì sự biến dạng của mẫu thữ xảy ra đến mức nào. Vật liệu đàn hồi lý tưởng, trong quá trình chịu tải, cho đến giới hạn chảy thì độ dãn dài tỷ lệ thuận với ứng suất. Hệ số tỷ lệ chính là modun đàn hồi, ký hiệu là E (N/mm2).
Một số tính chất vật lý của nhựa: tỷ trọng, chỉ số nóng chảy, độ nhớt, co rút, tính cách điện, truyền nhiệt…
2.2.3.4. Tỷ trọng của nhựa
Tỷ trọng thể hiện một phần tính chất của nguyên liệu nhựa, đơn vị:
g/cm3.
Vật liệu nhựa tương đối nhẹ, tỷ trọng dao động từ 0.9 – 2 (g/cm3).
Tỷ trọng tăng: lực kéo đứt, nhiệt độ biến mềm, độ kháng hóa chất tăng, ngược lại lực va đập và độ nhớt giảm. Tỷ trọng phụ thuộc vào độ kết tinh: độ kết tinh cao thì tỷ trọng cao.
Bảng 2.1: Tỷ trọng một sống nguyên liệu nhựa thông dụng
Loại nhựa Tỷ trọng, g/cm3 Loại nhựa Tỷ trọng, g/cm3
LDPE 0.910 – 0.924 PS 1.040 – 1.050
MDPE 0.925 – 0.940 ABS 1.040 – 1.060
HDPE 0.941 – 0.965 PA6, PA66 1.130 – 1.150
PP 0.900 – 0.910 PC 1.190 – 1.200
2.2.3.5. Chỉ số nóng chảy
Là chỉ số thể hiện tính chảy hay khả năng chảy của vật liệu, rất cần thiết trong quá trình chọn lựa nguyên vật liệu và công nghệ gia công. Chỉ số nóng chảy càng lớn thể hiện tính lưu động của nhựa càng cao và càng dễ gia công.
Đơn vị tính: g/10 phút (ở điều kiện áp suất và nhiệt độ nhất định theo tiêu chuẩn đo). Tiêu chuẩn đo chỉ số nóng chảy là ASTM D1238.
2.2.3.6. Độ co rút của nhựa.
Là tỷ lệ % chênh lệch kích thước của sản phẩm sau khi đã lấy khỏi khuôn được định hình và ổn định kích thước so với kích thước của khuôn.
Bảng 2.2: Bảng tra hệ số co rút của một số loại nhựa
Tên vật liệu Độ co rút (%)
ABS 0.4 – 0.7
PC 0.6 – 0.8
PP 1.0 – 3.0
PA6 1.0 – 1.5
PA66 1.0 – 2.0
PBT 1.5 – 2.0
PET 1.8 – 2.1
2.2.3.7. Tính cách điện
Đa số các loại nhựa cách điện tốt nên được ứng dụng trong các thiết bị điện gia dụng, thiết bị viễn thông, vô tuyến truyền hình,…
2.2.3.8. Một số loại Polymer thường gặp
Nhựa nhiệt dẻo
Nhựa nhiệt dẻo là loại nhựa chảy mềm thành chất lỏng dưới tác dụng của nhiệt độ cao và đóng rắn lại khi làm nguội. Nhựa nhiệt dẻo gồm nhiều chuỗi phân tử liên kết với nhau bằng các liên kết Van der Waals yếu, liên kết hydro, tương tác giữa các nhóm phân cực và cả sự xếp chồng của các vòng thơm.
Nhựa nhiệt dẻo có hơn 40 loại và đến giữa những năm 1900 thì nhựa nhiệt dẻo được sử dụng rộng rãi.
Một số loại nhựa nhiệt dẻo hay sử dụng:
PE (polyethylene): bề mặt bóng, mềm, dẻo, chống thấm tốt (nước, hơi nước), có tính giữ nhiệt. Được dùng bọc dây điện, bọc hàng, màng lọc …
PP (polypropylene): dẻo, mềm, có tính chất cơ học tốt (bền kéo), khá cứng vững, có thể kéo sợi. Dùng làm các loại xô, thùng, các loại bao bì, bạt che mưa nắng,…
PET (poly ethylene terephthalate – còn được gọi là PETE, PETP hay PET-P): trong suốt, độ bền cơ học cao, có khả năng chịu lực kéo và lực va chạm, độ cứng vững và chịu mài mòn tốt. Được dùng để thổi chai nhựa đựng nước giải khát...
ABS (acrylonitrile butadiene styrene): độ dai cao, khả năng chịu va đập, ổn định dưới tải trọng tốt. Dùng làm các chi tiết chịu tải, chịu va đập…
Ngoài ra còn có một số loại nhựa nhiệt dẻo khác như PA (poly amid), PS (poly styrene - nylon), POM (poly oxymethylene – acetal) …
Nhựa nhiệt rắn
Loại nhựa mềm đi khi chịu nhiệt nhưng không tan chảy, nhưng khi đã cứng lại thì sẽ không mềm như cũ cho dù được nung nóng và có thể bị phá hủy. Nhựa
nhiệt rắn đóng cứng chậm hơn do có phản ứng hóa học bời sự gia tăng nhiệt độ và không thể tái sinh.
Một số loại nhựa nhiệt rắn thông dụng:
Nhựa epoxy: sau khi đóng rắn có mật độ liên kết ngang không cao nên vẫn còn tính mềm dẻo, không tạo bọt khí và rỗ khí, bám dính tốt, chịu hóa chất, chịu được ẩm, có độ bền nhiệt, bến cơ học, độ cứng tương đối cao. Được dùng làm sơn (sơn lót và sơn phủ), keo dán, làm chất cách điện bảo bệ thiết bị điện và điện tử…
Polyester không no: có khả năng đóng rắn ở dạng lỏng hoặc ở dạng rắn nếu có điều kiện thích hợp, được sử dụng rộng rãi trong công nghệ composite, nhẹ, khi đóng rắn rất cứng và có khả năng kháng hóa chất. Dùng làm thuyền, thùng, ống và mũ bảo hiểm…
Vinyester: chống thấm nước rất tốt, dai hơn sau khi đóng rắn. Thường được dùng làm ống dẫn và bồn nước hóa chất, dùng làm lớp phủ bên ngoài cho các sản phẩm ngập nước như vỏ tàu, thuyền…