intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn - Chương 1

Chia sẻ: Duy Tuyen | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:30

Thêm vào BST
Báo xấu
210
lượt xem 48
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khoa học vật liệu là một khoa học liên ngành nghiên cứu về mối quan hệ giữa thành phần, cấu trúc, các công nghệ chế tạo, xử lý và tính chất của các vật liệu. Các ngành khoa học tham gia vào việc nghiên cứu chủ yếu là vật lý, hóa học, toán học. Thông thường đối tượng nghiên cứu là vật liệu ở thể rắn, sau đó mới đến thể lỏng, thể khí. Các tính chất được nghiên cứu là cấu trúc, tính chất điện, từ, nhiệt, quang, cơ, hoặc tổ hợp của các tính chất đó với mục...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn - Chương 1

  1. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn KHOA HỌC VẬT LIỆU CHƯƠNG I Khoa học vật liệu là một khoa học liên ngành nghiên cứu về mối quan hệ giữa thành phần, cấu trúc, các công nghệ chế tạo, xử lý và tính chất của các vật liệu. Các ngành khoa học tham gia vào việc nghiên cứu chủ yếu là vật lý, hóa học, toán học. Thông thường đối tượng nghiên cứu là vật liệu ở thể rắn, sau đó mới đến thể lỏng, thể khí. Các tính chất được nghiên cứu là cấu trúc, tính chất điện, từ, nhiệt, quang, cơ, hoặc tổ hợp của các tính chất đó với mục đích là tạo ra các vật liệu để thỏa mãn các nhu c ầu trong kỹ thuật. Nghiên cứu vật liệu tạo ra vô vàn ứng dụng trong đời sống chính vì thế mà các ngành khoa học vật liệu, công nghệ vật liệu ngày càng trở nên phổ biến và phát triển rộng rãi. Phân loại vật liệu Vật liệu là đối tượng của ngành khoa học vật liệu gồm rất nhi ều loại khác nhau về bản chất vật liệu, về cấu trúc vật liệu, về các tính ch ất,... Thông thường, nếu phân chia theo bản chất vật liệu thì chúng ta có các loại sau: Vật liệu kim loại • Vật liệu cao phân tử ( Polime) • Vật liệu gốm • Vật liệu composite • Vật liệu xi măng • Vật liệu sơn • Trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu các loại vật liệu : kim lo ại , cao phân tử, gốm, composite, sơn . 1.1.VẬT LIỆU KIM LOẠI 1.1.1. Khái niệm chung Kim loại có cấu trúc tinh thể. Nút mạng là các ion dương, còn các điện chuyển động tự do trong khoảng không gian mạng. Chính vì có cấu trúc này mà kim loại có các tính chất quý báu như : cường độ lớn, độ dẻo và độ chống mỏi cao, dẫn điện, dẫn nhiệt, dễ gia công. Nhờ đó mà kim loại được sử dụng rộng rãi trong các ngành kĩ thuật khác nhau. Ở dạng nguyên chất, do cường độ và độ cứng thấp, độ dẻo cao, kim loại có phạm vi sử dụng rất hạn chế. Chúng được sử dụng chủ yếu ở dạng 1
  2. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn hợp kim với kim loại và á kim khác, thí dụ nh ư cacbon. Sắt và hợp kim của nó (thép và gang) gọi là kim loại đen; những kim loại còn lại (Be, Mg, Al, Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, v.v...) và hợp kim của chúng gọi là kim loại màu. Kim loại đen được sử dụng trong xây dựng nhiều h ơn cả, giá kim lo ại đen thấp hơn kim loại màu. Kim loại màu lại có nhiều tính ch ất có giá trị: cường độ, độ dẻo, khả năng chống ăn mòn, tính trang trí cao. Những điều đó đã mở rộng phạm vi sử dụng kim loại màu trong xây dựng, phổ biến là các chi tiết kiến trúc và các kết cấu nhôm. Nguyên liệu để chế tạo kim loại đen là quặng sắt, mangan, crôm, mà các khoáng đại diện cho chúng là nhóm các oxit: macnetit (Fe 3O4), quặng sắt đỏ (Fe2O3), piroluzit (MnO2), crômit (FeCr2O4). Để sản xuất kim loại màu người ta sử dụng boxit chứa các hidroxit: hidracgilit (Al(OH) 3, diasno (HAlO2); các loại quặng sunfua và cacbonat đồng, niken, chì v.v... với các khoáng đại diện là chancopirit (CuFeS2), sfalêit (ZnS), xeruxit (PbCO3), magiezit ( MgCO3) v.v... 1.1.2. Tính chất vật lý chủ yếu của kim loại 1.1.2.1. Tính dẫn điện Kim loại là chất có chứa nhiều các electron tự do với độ linh động cao, dễ dàng chuyển động theo hướng tác dụng của điện trường bên ngoài và độ chênh lệch nhiệt độ vì thế kim loại dẫn điện và dẫn nhiệt tốt so với các loại vật liệu khác. Với các kim loại khác nhau thì độ dẫn điện của các kim loại cũng khác nhau và như vậy điện trở suất của kim loại cũng khác nhau. Điện trở của kim loại phụ thuộc và hình dáng kích th ước, bản ch ất và trạng thái của kim loại. Với dây dẫn hình trụ chi ều dài l và ti ết di ện s thì : l 1 R=ρ ; ρ= σ s ρ,σ là điện trở suất và độ dẫn điện của kim loại . Điện trở của kim loại cũng phụ thuộc vào nhiệt độ : R = R0 (1 + α t ) α là hệ số nhiệt điện trở; R0 là điện trở kim loại ở t = 00C 1.1.2.2. Tính dẫn nhiệt Kim loại cũng là chất dẫn nhiệt tốt. Tính chất này đã được con người sử dụng làm các dụng cụ gia đình như nồi niêu soong chảo. Hệ số truyền nhiệt λ kim loai của kim loại khá lớn so với chất lỏng và chất khí. λ kim loai = 5- 400 còn λ khi và λ lỏng khoảng 0,005 đến 0,8 (kcal/m.h.0C )[1] 2
  3. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn Hầu hết các kim loại có tính dẫn điện tốt cũng dẫn nhiệt tốt. 1.1.2.3. Tính biến dạng Kim loại có cấu trúc tinh thể. Các Ion dương ở các nút mạng còn các điện tử tự do chuyển động trong khoảng không gian giữa các nút m ạng. Do có cấu trú như vậy các Ion có thể xê dịch dưới tác dụng của ngoại lực : kim loại có tính dẻo cao, dễ bị biến dạng. Khi kim loại chịu tác dụng của tải trọng sẽ có 3 giai đoạn biến dạng: biến dạng đàn hồi, biến dạng dẻo và phá huỷ. Quan hệ giữa biến dạng (Δl) và tải trọng (P) được giới thiệu trên hình 1-1. Biến dạng đàn hồi có quan hệ Δl và P là bậc nhất (vùng I). Biến dạng dẻo là biến dạng xảy ra khi tải trọng vượt quá tải trọng đàn hồi, quan hệ Δl - P không còn là bậc nhất (vùng II). Nguyên nhân gây ra biến dạng dẻo là sự trượt mạng tinh thể. Giai đoạn phá hoại khi tải trọng đã đạt tới giá trị cực đại (P max), vết nứt xuất hiện và mẫu bị phá hoại (vùng III) Biến dạng dẻo là đặc trưng quan trọng của kim loại nói chung và vật liệu thép nói riêng, nó làm kim loại có thể gia công cơ nhiệt để tạo ra những sản phẩm với những tính chất phù hợp với điều kiện sử dụng. Đặc trưng biến dạng của kim loại chịu kéo là là độ giãn dài tương đối và độ thắt tương đối. Độ giãn dài tương đối ε là tỉ số phần trăm giữa độ giãn dài sau khi kéo Δl và độ dài ban đầu lo của mẫu và được xác định theo công thức: ∆l ε= l0 Độ thắt tương đối ψ được xác định theo công thức: S0 − S K Ψ= S0 Trong đó: So và Sk là diện tích tiết diện ban đầu và khi có biến dạng th ắt (đứt). 3
  4. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn 1.1.2.4. Cường độ Khi thí nghiệm kéo mẫu, cường độ của kim loại được đặc trưng b ằng 3 chỉ tiêu sau: Giới hạn đàn hồi σp là ứng suất lớn nhất ứng với tải trọng P p mà biến dạng dư không vượt quá 0,05% : Pp σp = , S0 Giới hạn chảy σc là ứng suất khi kim loại chảy (tải trọng không đổi nhưng chiều dài tiếp tục tăng) ứng với biến dạng dư không vượt quá 0,2%: Pc σc = S0 Giới hạn bền σb là ứng suất lớn nhất ngay khi mẫu bị phá hoại, được xác Pmax định theo công thức sau: σ b = S0 Để xác định khả năng chịu biến dạng dẻo của kim loại thép khi uốn người ta tiến hành thử uốn bằng cách uốn thanh kim loại xung quanh một trục uốn có đường kính nhất định, khi uốn đến một góc uốn theo qui định thì kiểm tra sự xuất hiện vết nứt. Độ cứng Đo độ cứng là phương pháp đơn giản nhất được dùng phổ biến. Cách xác định như sau: ấn một vật liệu cứng ( hầu nh ư biến dạng d ẻo) b ằng một lực xác định. Sau khi bỏ lực tác dụng mũi đâm đ ể lai trên v ật li ệu m ột vết lõm.Vết lõm càng to càng sâu thì giá trị độ cứng càng thấp. Vậy độ cứng đặc trưng cho khả năng chống lại biến dạng dẻo của vật liệu thông qua tác dụng của mũi đâm. Độ cứng có các đặc điểm: • Biểu thị khả năng chống lại biến dạng dẻo của bề mặt chứ không phải toàn sản phẩm nếu vật liệu có cấu trúc không đồng nhất giữa bề mặt và lõi. • Biểu thị khả năng chống mài mòn của vật liệu, độ cứng càng cao tính chống mài mòn càng tốt. • Có liên quan đến giới hạn bền kéo và khả năng gia công cắt Độ cứng của kim loại thường được được xác định theo phương pháp Brinen. 1.1.3. Các loại thép thông thường 1.1.3.1. Thép các bon Thành phần hóa học của thép các bon gồm chủ yếu là Fe và C , ngoài ra còn chứa một số nguyên tố khác tùy theo điều kiện luyện thép. C < 2%; Mn ≤ 0,8%; Si ≤ 0,5%; P, S ≤ 0,05%. Cr, Ni, Cu, W, Mo, Ti rất ít (0,1 - 0,2%). 4
  5. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn Mn, Si là 2 nguyên tố có tác dụng nâng cao cơ tính c ủa thép các bon. P, S là những nguyên tố làm giảm chất lượng thép, nâng cao tính giòn nguội trong thép, nhưng lại tạo tính dễ gọt cho thép. 1.1.3.2. Thép hợp kim thấp Thành phần hóa học: Thép hợp kim thấp là loại thép ngoài thành ph ần Fe, C và tạp chất do chế tạo còn có các nguyên tố khác được cho vào với một hàm lượng nhất định để thay đổi cấu trúc và tính chất của thép, đó là các nguyên tố : Cr, Ni, Mn, Si, W, V, Mo, Ti, Cu. Trong thép hợp kim thấp tổng hàm lượng các nguyên tố này ≤ 2,5%. Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 1659:1975), thép h ợp kim được ký hiệu bằng hệ thống ký hiệu hóa học, số tỷ lệ phần vạn các bon và % các nguyên tố trong hợp kim. Ví dụ: loại thép ký hiệu là 9Mn2 có 0,09% C và 2% Mn. Tính chất cơ lý: Thép hợp kim thấp có cơ tính cao hơn thép các bon, chịu được nhiệt độ cao hơn và có những tính chất vật lý, hóa học đ ặc bi ệt như chống tác dụng ăn mòn của môi trường. Thép hợp kim thấp thường dùng để chế tạo các kết cấu thép (dàn c ầu, tháp khoan dầu mỏ, đường ống dẫn khí, v.v...), cốt thép cho kết cấu bê tông cốt thép. 1.1.4. Gia công kim loại (Biện pháp thay đổi cấu trúc và tính chất của thép) 1.1.4.1.Gia công nhiệt Gia công nhiệt gồm các phương pháp ủ, thường hoá, tôi và ram. Ủ và thường hoá là nhằm giảm độ cứng của thép (làm mềm), tăng độ dẻo để dập, cán, kéo nguội, làm đồng đều trên tiết diện thép chuẩn bị cho công tác gia công nhiệt cuối cùng. Ủ là nung nóng thép đến nhiệt độ nhất định, giữ ở nhiệt độ đó một thời gian, rồi làm nguội. Thép sau khi ủ có độ bền và độ cứng giảm, độ dẻo và độ dai cao. Thường hoá là phương pháp nung nóng thép lên đến nhiệt độ cao h ơn nhiệt độ ủ, giữ nhiệt rồi sau đó làm nguội trong không khí, nhờ đó thép có độ bền, độ cứng cao hơn đôi chút so với trạng thái ủ. Tôi thép là nung nóng thép lên quá nhiệt độ tới hạn rồi giữ nhiệt một thời gian, sau đó làm nguội đột ngột, kết quả là thép khó bi ến d ạng d ẻo và có độ cứng cao. Ram là quá trình cần thiết và bắt buộc sau khi tôi. Thép sau khi tôi có tính giòn, dễ gãy, có độ cứng cao, vì vậy ram thép nh ằm mục đích t ạo ra cho thép có các tính chất cơ học (độ cứng, độ bền, độ dẻo) thích h ợp với điều kiện sử dụng cần thiết. Ngoài ra ram thép ở nhiệt độ cao còn để làm mềm thép giúp cho việc gia công cắt gọt được dễ dàng, tạo được độ nhẵn bóng cao khi cắt gọt. 1.1.4.2. Gia công cơ học 5
  6. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn Gia công cơ học thép là nằm cải thiện cấu tạo và tính ch ất của thép đ ể khắc phục những nhược điểm khi luyện và tạo hình dạng mới. Có hai phương pháp cơ học: gia công nguội và gia công nóng. Gia công nguội là gia công thép ở nhiệt độ thường nhằm tạo ra biến hình dẻo để nâng cao tính cơ học (tăng cường độ, độ cứng, nhưng lại làm giảm độ dẻo). Gia công nguội gồm có kéo, rèn dập, cán nguội, vuốt. Các sản phẩm thép như dây, sợi kim loại hầu hết được qua kéo ngu ội, dập nguội. Một hình thức gia công khác là cán nguội. Thép sau khi cán nguội, ở mặt ngoài có những vết lồi lõm theo quy luật. So với kéo, thép cán nguội có nhiều ưu điểm hơn: Cường độ kéo, cường độ nén và lực dính bám gi ữa bê tông và cốt thép được tăng cường. Đối với dây thép nhỏ (đường kính 5 ÷ 10 mm) người ta dùng phương pháp vuốt. Trong phương pháp này, dây thép được kéo qua một lỗ có đường kính nhỏ hơn dây thép. Mỗi lần vuốt giảm khoảng 10% tiết diện dây. Số lần vuốt phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng, nhưng để đảm bảo tính dẻo và dai, thì sau lần vuốt thứ 4, 5 phải ủ thép một lần. Dây thép vuốt nguội có thể dùng làm cốt thép trong bê tông dự ứng lực, làm dây cáp v.v... Gia công nguội là một biện pháp tiết kiệm kim loại. Gia công (rèn, cán) nóng (biến dạng nóng) là hình thức làm kim loại biến dạng ở trạng thái nóng... Đối với thép các biến dạng ở nhiệt độ trên 650-700 oC là biến dạng nóng, nhưng để đảm bảo đủ độ dẻo cần thiết, thường biến dạng được thực hiện ở nhiệt độ cao hơn nhiều. Cán là phương pháp gia công ép nóng qua máy . Do cán liên tục nhiều lần mặt cắt của thép dần dần được cải biến đúng với hình dạng và kích thước yêu cầu. Các loại thép hình dùng trong xây dựng được ch ế tạo bằng phương pháp cán. Rèn là phương pháp gia nhiệt đến trạng thái dẻo cao, dùng búa đ ập thành cấu kiện có hình dạng nhất định. Rèn có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng máy. Thép cán và rèn có cấu tạo tương đối tốt và tính năng cơ học cao. 1.2.VẬT LIỆU CAO PHÂN TỬ (Polimer) 1.2.1. Khái niệm chung : Vật liệu cao phân tử ( chất dẻo) là những chất do các hợp chất hữu cơ cao phân tử tạo thành. Vật liệu cao phân tử đang đóng vai trò quan trọng trong các ngành cơ khí chế tạo và xây dựng. Các vật li ệu cao ph ần t ử đang dần dần thay thế các vật liệu truyền thống như kim loại, gỗ, đá... 1.2.2. Nhựa tổng hợp (polime): 6
  7. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn Các polime đóng vai trò chất kết dính trong vật liệu chất dẻo, chúng được phân loại theo phương pháp chế tạo : - Nhựa trùng hợp tạo thành do phản ứng trùng hợp các đơn phân liên kết thành các polime mà không tách ra các sản ph ẩm ph ụ. Phần lớn nhựa trùng hợp có đặc tính mềm khi chịu nóng và rắn chắc trở lại khi gặp lạnh, tan trong dung môi hữu cơ . Đây là tính chất của nhựa nhiệt dẻo hóa. -Nhựa trùng ngưng tạo thành do các phản ứng trùng ngưng, trong đó một số hợp chất đơn giản tạo thành phân tử phức tạp và tách ra các sản phẩm phụ (như nước, amôniắc, v.v...) Hầu hết các sản phầm trùng ngưng có những đặc tính quí báu như: khi nung nóng v ẫn có tr ạng thái r ắn chứ không chảy lỏng, không tan trong các dung môi còn gọi là nh ựa nhiệt hoá rắn. Loại nhựa này có cường độ, độ cứng và khả năng chịu nhiệt tốt hơn nhựa nhiệt dẻo. 1.2.2.1. Một số nhựa trùng hợp : Pôlyêtylen ( - CH2 - CH2 - )n - Chế tạo: pôlyêtylen bằng cách trùng hợp êtylen CH2 = CH2 sản xuất từ than đá hay khí đốt - Tính chất: là nhựa trong suốt, ổn định hóa học, cách điện, có c ường độ cao, dễ hàn và dễ gia công; có nhược điểm dễ lão hoá, kém chịu nhiệt, dễ cháy và độ cứng nhỏ. - Sử dụng: thường dùng làm màng mỏng chống thấm cho công trình, sản xuất giấy gói, vải gỗ dán, bọc dây điện v.v... Polyvinylclorua ( - CH2 - CHCl - )n - Chế tạo: Polyvinylclorua (PVC) bằng cách trùng hợp clorua vinyl (CH2 = CHCl). - Tính chất : nhựa có cường độ cao, chống thấm tốt, khó bắt lửa, ổn định hóa học với kiềm và axit, khả năng trộn với ch ất đ ộn l ớn, d ễ t ạo hình và dễ hàn dán; nhựa có nhược điểm kém chịu nhiệt và và kh ả năng dính bám vào một số vật liệu thấp. - Sử dụng : nhựa PVC thường được dùng làm tấm sàn, tấm ch ống thấm, tấm trang trí, đường ống và phụ tùng dùng cho nơi chịu tác dụng ăn mòn. Pôlistirôn (- CH2 - CHC6H5 - )n - Chế tạo: Pôlistirôn được tiến hành bằng cách trùng hợp stirôn (CH2=CHC6H5) có chất xúc tác. 7
  8. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn - Tính chất : có khả năng ổn định hóa học cao, cách điện và ổn định với nhiệt. - Sử dụng: sản xuất tấm ốp, màng mỏng có tính đàn hồi, ống chịu axit, chất dẻo xốp, v.v... Ngoài các nhựa trùng hợp đã nêu trên, còn sử dụng nhiều loại khác như : pôlyizôbutylen, pôlyvinyl axêtat , v.v... 1.2.2.2. Một số nhựa trùng ngưng : a/Phênon foócmanđêhyt - Chế tạo: sản xuất bằng cách trùng ngưng phênon (C6H5OH) và foocmanđêhyt (CH2O) (còn gọi là anđêhyt foocmic), sản phẩm phụ tách ra là nước (H2O), khi phản ứng xảy ra trong môi trường axit và thừa phênon nhận được nhựa nhiệt dẻo mà phân tử có cấu trúc mạch th ẳng, còn khi phản ứng xảy ra trong môi trường kiềm và có chất xúc tác là amôniắc (NH3) hay hyđrôxyt natri (NaOH) sẽ được loại nhựa nhiệt hoạt mà phân t ử có cấu trúc mạng không gian. - Tính chất: có khả năng trộn chất độn lớn, tính bền cơ h ọc cao, ch ịu nước, cách điện. - Sử dụng: dùng nhiều trong công nghiệp gỗ dán. urê foocmanđêhyt (còn gọi là nhựa cacbamit) - Chế tạo: bằng cách đem trùng ngưng urê (CO(NH2)2) còn gọi là cácbamit và foócmanđêhyt (CH2O). - Tính chất: so với phênon foócmanđêhyt thì nhựa urê foocmanđêhyt tốt hơn vì không có màu, bền với tác dụng của ánh sáng, không có mùi và rẻ hơn song nó lại kém hơn về mặt chịu nhiệt, chịu nước và chịu axit. - Sử dụng : keo dán gỗ, vecni v.v... Ngoài ra còn nhiều loại nhựa trùng ngưng khác nữa như : phênon fuafurôn pôlyerte, pôly amit, pôlyvinyl axêtat.v.v... b/ Epoxy: Epoxy là loại nhựa chính dùng trong xây dựng, nó là nguyên liệu cho keo dán, vữa sửa chữa, bê tông polime và các loại vật liệu chất dẻo khác. Epoxy là nhựa trùng ngưng hai hợp chất hữu cơ trong đó có m ột h ợp chất là gốc epoxy (C - O - C) và một chất có chứa nguyên tử H linh động (thường là phênol cao phân tử). Công thức epoxy mạch thẳng như sau: CH2 - CH - CH2 - Rn - CH2 - CH - CH2 O O 8
  9. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn trong đó Rn là yếu tố tái tạo môi trường liên kết Đặc tính của epoxy như sau : γ a = 1,28; nhiệt độ ổn định 80 - 100 oC; giới hạn đàn hồi 10 - 30MPa; giới hạn bền : Rk = 40 - 100 MPa, Rn = 70 - 160MPa, Ru = 60 - 130 MPa. Có khả năng liên tốt với thép, bê tông , gỗ..., ổn định với hóa học và nước. Kém ổn định với tác dụng của ánh sáng mặt trời. Các loại epoxy thường dùng ED5, ED6, ED20, ED40 (Nga) và keo E của Thụy sĩ, Mỹ. Tuy vậy vì giá thành của epoxy đắt nên thường được pha thêm các chất độn để chế tạo epoxy nhiều thành phần để có giá thành thấp hơn. 1.2.3. Các tính chất của chất dẻo : 1.2.3.1. Cường độ: Cường độ của chất dẻo khá đa dạng phụ thuộc vào loại ch ất dẻo. Vật liệu làm tường bao cần có độ dai cao. Với các vật liệu làm k ết c ấu chịu lực cần đáp ứng khả năng sản xuất cấu kiện chịu lực: chất dẻo dùng chất độn bột hay sợi có cường độ nén 120 - 160MPa và c ường độ uốn 40 - 60MPa, chất dẻo dùng chất độn dạng tấm có cường độ cao, thí dụ như tấm CBAM (chất độn dạng sợi thuỷ tinh) có cường độ kéo 480 - 950MPa và cường độ nén 420 MPa. Sợi cácbon có cường độ chịu kéo đến 2000MPa. Cường độ chịu nén của chất dẻo không độn thí nghiệm trên mẫu 2x2x2 cm tuổi 6, 12 giờ và 3 ngày. Các loại vữa và bê tông pôlime xi măng thí nghiệm như vữa và bê tông thường . 1.2.3.2. Tính chất vật lý : - Khối lượng riêng của polimer biến đổi trong phạm vi rất rộng tuỳ theo dạng chất độn và cấu trúc 15 - 2000 kg/m3. - Tính dẫn nhiệt tốt, loại đặc có λ = 0,2 - 0,6 kcal/mo.C.h còn loại rỗng có λ = 0,026 kcal/mo.C.h. - Khả năng chống mài mòn tốt nên thích hợp cho việc dùng làm vật liệu lát sàn. Có khả năng chống rung; có hệ số ma sát lớn khi hông có dầu mỡ . - Ổn định hóa học tốt nên có thể dùng trong công trình dẫn nước và bể chứa chất lỏng ăn mòn. - Bền mầu nên không phải sơn nhiều lần. - Dễ hàn, dán nên rất thuận tiện khi thi công. 9
  10. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn - Một số loại chất dẻo trong suốt (pôlystirôn, v.v...) dùng làm kính hữu cơ có các đặc trưng cơ học quý, v.v... 1.2.4. Vật liệu xây dựng chất dẻo 1.2.4.1. Các vật liệu bao che : Vật liệu làm kết cấu bao che như tường, trần, vách ngăn là nh ững vật liệu chiu lực không lớn, mỏng, giá thành không cao như : ván gỗ ép, tấm lát trần, vải dán tường v.v... 1.2.4.2. Chất dẻo làm nền, lợp Các chất dẻo này thường có gốc là Linolêin, PVC, Nitroxenluloo, Linôlêin cao su ở dạng tấm hoặc cuộn, vải Gleptan, vải Renlin v.v... Kích thước chuẩn theo ISO (tiêu chuẩn quốc tế) là 10 x 10; 15 x 15; 20 x 20cm ; δ = 1,25 - 6mm. Các cuộn có b = 1,5 - 3,0m ; L = 8 - 20m ; δ = 1,5 - 3,0mm. Các chất dẻo trên thường có màu sắc đẹp, đa dạng, bền nước, dung môi hữu cơ và khó cháy, chịu mài mòn tốt. Chất dẻo lợp thường chống nước tuyệt đối, có cấu t ạo dạng t ấm thẳng hoặc lượn sóng dài 8 - 16m; dày 0,5 - 2mm. Các vật li ệu ch ống th ấm cho mặt đường, nền nhà, mặt cầu thường ở dạng vải có chiều dày nh ỏ. Tùy theo công trình có thể cho nước thấm qua hoặc cách nước tuyệt đối. 1.2.4.3. Chất dẻo chịu lực Các chất dẻo chịu lực thông thường đều có gốc epoxy, chất độn là sợi thuỷ tinh và cao cấp hơn là sợi cácbon. 1.2.4.3.1. Chất dẻo thủy tinh Chất dẻo thuỷ tinh gồm có polime và chất độn là sản phẩm thuỷ tinh. Theo dạng chất độn thuỷ tinh, chất dẻo thuỷ tinh được phân làm 3 nhóm. Nhóm sợi thuỷ tinh (sợi thẳng liên tục xếp thành từng l ớp theo chi ều dày vật liệu). Nhóm sợi thuỷ tinh được cắt ngắn và dàn thành t ấm th ảm hoặc trải ra bằng cách phun. Nhóm sợi thuỷ tinh ở dạng vải gai (tectôlit). Sợi thuỷ tinh dị hướng - CBAM - là một dạng ch ất d ẻo s ợi thu ỷ tinh thuộc nhóm A được sản xuất bằng cách đặt và kéo căng các sợi th ủy tinh song song với nhau đồng thời phun chất kết dính lên để tạo thành tấm sợi thuỷ tinh. CBAM có thể gồm một số lớp, tấm đặt vuông góc với nhau. CBAM có kích thước rộng đến 50cm và dày 1 - 30mm. Tính ch ất cơ học của nó phụ thuộc vào dạng polime, chiều dày sợi thuỷ tinh, t ỷ l ệ polime và chất độn, sự phân bố của sợi và phương pháp phân bố các lớp kết cấu. Tính chất cơ lý của CBAM như sau : khối lượng thể tích từ 1,9 - 10
  11. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn 2,0g/cm3; cường độ chịu kéo 450MPa, chịu nén 400MPa, chịu uốn 700MPa; độ dai va đập 500 kG.cm/cm2; độ cứng (theo phương pháp Brinen) 55. Chất dẻo thuỷ tinh nhóm A được sử dụng cho bộ phận chịu lực của trần 3 lớp, các kết cấu bao che, cũng như làm cốt cho bê tông. Các tấm ch ất dẻo thủy tinh trên cơ sở sợi thuỷ tinh thấm epoxy có thể thể thay thế cho các cốt thép cường độ cao của bê tông. Chất dẻo thủy tinh trên cơ sở sợi thuỷ tinh ngắn (nhóm B) đ ược s ản xuất bằng cách phun hoặc ép tấm thuỷ tinh. Theo phương pháp phun, sợi thuỷ tinh cắt ngắn với chi ều dài 25 - 50mm được trộn với polime, phun lên mặt khuôn thành lớp m ỏng. Khi dùng polime đông rắn nguội thì sản phẩm được tạo hình ở nhiệt độ bình th ường, còn khi dùng polime rắn nóng thì phải tạo hình ở nhiệt độ đóng rắn c ủa polime. Việc sản xuất chất dẻo thuỷ tinh bằng cách ép lớp thuỷ tinh tiến hành như sau: Nguyên liệu (khối thuỷ tinh hình cầu) được đổ vào lò nấu. Khi chảy lỏng được lấy ra theo khuôn kéo, rồi nhờ luồng khí nóng phun tung tóe thành những sợi mảnh. Trong khi các sợi còn lơ lửng tự do thì được tẩm ngay trong màn sương mù polime, sau đó được lắng dần trên băng truyền chuyển động liên tục, tạo thành một tấm dày 0,5 - 2mm. Chất dẻo thuỷ tinh nhóm B dùng để chế tạo các bộ phận bao che và tường ngăn cho ánh sáng đi qua, các cửa trên tường để lấy ánh sáng và giữ nhiệt, cửa mái lấy ánh sáng, cũng như để cấu tạo lớp ngoài panen cho các công trình dễ bị xâm thực hóa học. Tectôlít (nhóm C) được sản xuất từ vải thuỷ tinh với các ki ểu d ệt khác nhau. Đem vải thuỷ tinh đã được tẩm polime sấy khô, cắt thành t ấm rồi xếp thành từng chồng. Mỗi chồng được đặt vào 2 t ấm kim lo ại r ồi cho vào máy ép nóng. Tectôlít có mác khác nhau tùy thuộc vào chiều dày của sợi, kiểu vải, hàm lượng và loại chất kết dính. Kích thước thường gặp của nó : (1400 - 2400) x (650 - 1000) x (0,5 - 8)mm. Các chỉ tiêu cơ lý của tectôlít : khối lượng thể tích 1,8g/ cm 3; độ hút nước 1,5 - 3%; độ dai va đập 600 kG.cm/cm2. Tectôlít độ bền nhiệt cao, độ hút nước không đáng kể (một số có độ bền nước tuyệt đối), độ bền hóa học cao. Nó có th ể trong suốt (cho 85% ánh sáng đi qua), nửa trong suốt (cho 60% ánh sáng đi qua) và không trong suốt; có màu hoặc không có màu. Chất dẻo thuỷ tinh có thể dùng ch ế tạo 11
  12. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn lớp ngoài và các chi tiết của panen tường 3 lớp và các công trình đòi h ỏi k ỹ thuật và độ bền cao. 1.2.4.3.2. Chất dẻo sợi các bon : Chất dẻo sợi các bon được nghiên cứu từ năm 1989 và đã thành công vào những năm 1995 - 1996. Vật liệu chất dẻo sợi các bon được chế tạo trên cơ sở keo epoxy và sợi các bon - vật liệu dạng tấm có cường độ cao và có mô đun đàn h ồi tương đương với bê tông, được dùng để dán lên bê tông thay thế phần cốt thép đã bị rỉ và thay thế vật liệu thép trong một số kết cấu đặc biệt. Chất dẻo cácbon có ký hiệu: SS12, S1012, S1212 (Thụy sĩ) chi ều rộng tấm : 5, 6, 8, 10, 12 cm; dày 1,2 - 1,4 mm; ho ặc M614, M1214 có chi ều rộng 6, 9, 12cm; dày 1,4mm hoặc H 514. Điểm đặc biệt của loại tấm các bon là đã có mô đun đàn h ồi : 155.000(loại S) đến 300.000 N/mm2 (loại H). Đặc tính kỹ thuật của vật liệu các bon là : màu đen, có thành phần cácbon > 68%; ρa = 1,6 g/cm3; nhiệt độ khai thác >150oC; mô đun đàn hồi : 155.000 - 300.000 N/mm2; cường độ : 1400 đến 2400 N/mm2. Tấm sợi các bon là vật liệu mới còn rất có triển vọng khi dùng để sửa chữa các công trình bê tông đặc biệt trong các môi trường đặc biệt. ở Châu âu năm 1998-1999 đã bắt đầu chế tạo các cầu có nhịp 10-12 m hoàn toàn bằng tấm sợi cacbon. 1.3. VẬT LIỆU GỐM 1.3.1.Khái niệm chung Gốm là loại vật liệu gồm các O xit kim loại được nghiền với độ mịn cao được ép trong các khuôn và được nung nóng ở nhiệt độ cao Trong quá trình nung vật liệu được biến đổi lý hoá nên sản phẩm có thành phần và tính chất khác với nguyên liệu ban đầu. Sản phẩm gốm rất đa dạng về chủng loại và tính chất. Theo công dụng gốm có thể chia ra các loại: dụng cụ ăn uống, vật liệu xây dựng, vật liệu cho trang thiết bị điện… Theo mức độ rỗng của sản phẩm có thể chia ra 2 loại: lo ại đặc là gốm có độ hút nước theo khối lượng bé hơn 5 % , loại rỗng là gốm có độ hút nước theo khối lượng lớn hơn 5 %. Gốm cũng có chia theo loại tráng men và không tráng men. 1.3.2. Tính chất của vật liệu gốm thông thường : Tính chất gốm phụ thuộc nhiều vào quy trình công nghệ chế tạo gốm. đối với gốm dân dụng gốm có các tính chất : 12
  13. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn - Độ cứng cao, chịu được mài mòn nhưng dòn dễ vỡ - Cách điện và cách nhiệt. Sở dĩ như vậy vì không có nhi ều đi ện t ử tự do. Phonon chịu trách nhiệm chủ yếu trong dẫn nhiệt. Phonon vận chuyển năng lượng nhiệt không hiệu quả như điện tử tự do, chúng dễ bị tán xạ bởi các khuyết tật. - Gốm dân dụng là loại vật liệu có tính chất đồng nh ất và đ ẳng hướng. Các vật liệu gốm dùng trong dân dụng và trong xây dựng là các hóa chất chủ yếu ở dạng ôxít, được sử dụng trong công nghiệp gốm sứ. Chúng có thể phân loại một cách tương đối thành các phân nhóm sau: • Các chất trợ chảy: Là các hóa chất khi thêm vào trong men/thủy tinh thì có tác dụng chủ yếu là giảm nhiệt độ nóng chảy của men/thủy tinh. • Các chất tạo thủy tinh: Là các chất khi tham gia vào thành ph ần c ủa men có tác dụng chủ yếu là tạo ra thủy tinh. • Các chất tạo màu: Là các hóa chất khi thêm vào trong men/thủy tinh có tác d ụng chủ yếu là tạo ra các màu sắc hay các gam màu nhất định cho men/thủy tinh. • Các chất tạo độ mờ: Là các hóa chất khi thêm vào trong men/thủy tinh có tác dụng chủ yếu là tạo ra các độ mờ nhất định cho các màu men/thủy tinh. • Các chất mất đi khi cháy: Là các chất khi bị nung ở nhiệt độ cao sẽ bị phân hủy và thoát ra ở dạng khí. Tuy nhiên, chúng có thể tham gia vào một số phản ứng hóa học phức tạp mà cơ cấu hoạt động còn chưa được tìm hiểu kỹ. • Các chất khác: Là phân nhóm chứa các chất có mặt trong men ở tỷ lệ phần trăm rất nhỏ (dạng dấu vết). Tuy nhiên, sự phân loại này không hoàn toàn chính xác, do vai trò của một hóa chất nhất định còn phụ thuộc vào môi tr ường lò nung (ôxi hóa, khử hay trung tính), vào sự có mặt của các hóa chất khác cũng nh ư nhiệt đ ộ nung v.v. 1.3.3. Các loại gốm đặc biệt Gốm là loại vật liệu có cấu trúc tinh thể bao gồm các hợp ch ất gi ữa kim loại và á kim như: kim loại với oxi (các oxit), kim loại v ới nitơ (các nitrua), kim loại với cacbon (các cacbua), kim loại với silic (các silixua), kim loại với lưu huỳnh (các sunfua)... Liên kết chủ yếu trong vật liệu gốm là liên kết ion, tuy nhiên cũng có trường h ợp liên k ết c ộng hoá tr ị đóng vai trò chính. 1.3.3.1. Các tính chất đặc biệt Vật liệu gốm có nhiều đặc tính quý giá về cơ, nhiệt, điện, từ, quang,... do đó đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các ngành công nghiệp. Về đặc tính cơ, vật liệu gốm có độ rắn cao nên được dùng làm vật liệu mài, vật liệu giá đỡ... Về đặc tính nhiệt, vật liệu gốm có nhiệt độ nóng chảy cao, đặc biệt là hệ số giãn nở nhiệt thấp nên được dùng làm các thiết bị đòi hỏi có độ bền nhiệt, chịu được các xung nhiệt lớn (lót lò, bọc tàu vũ trụ... ) Về đặc tính điện, độ dẫn điện của vật liệu gốm thay đổi trong một phạm vi khá rộng từ dưới 10 Ω −1cm −1 đến 10−12 Ω −1cm −1 Có loại vật liệu gốm trong đó phần tử dẫn điện là electron như trong kim loại, cũng có loại vật liệu gốm trong đó ion đóng vai trò là phần tử dẫn điện. Do đó ta có thể tổng 13
  14. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn hợp nhiều loại vật liệu gốm kỹ thuật điện khác nhau như gốm cách điện, gốm bán dẫn điện, gốm siêu dẫn điện,... Đặc tính từ của vật liệu gốm rất đa dạng. Ta có th ể tổng hợp đ ược gốm nghịch từ, gốm thuận từ, gốm sắt từ, gốm phản s ắt t ừ v ới đ ộ t ừ c ảm thay đổi từ 0 đến 10 và phụ thuộc rất đa dạng vào nhiệt độ cũng nh ư từ trường ngoài. Về đặc tính quang, ta có thể tổng hợp được các loại vật liệu có các tính chất quang học khác nhau như vật liệu phát quang dưới tác dụng của dòng điện (chất điện phát quang), vật liệu phát quang dưới tác dụng của ánh sáng (chất lân quang) hoặc các loại gốm sử dụng trong thi ết b ị phát tia laze. 1.3.3.2. Sự phụ thuộc tính chất vào trạng thái cấu trúc Tính chất vật liệu gốm không phải chỉ phụ thuộc vào thành ph ần hoá học (độ nguyên chất, lượng và loại tạp chất có trong đó) mà phụ thuộc khá nhiều vào trạng thái cấu trúc của nó: - Đơn tinh thể có cấu trúc lớn - Dạng bột có cấp hạt xác định (nanô, micrô, mili,... ) - Dạng sợi có kích thước xác định (micrô, mili,... ) - Khối đa tinh thể thiêu kết từ bột - Dạng màng mỏng có độ dày rất bé cỡ nanô, micrô, mili Ví dụ cùng thành phần hoá học là nhôm oxit nhưng sản ph ẩm dưới dạng khối đơn tinh thể α -Al2O3 thì rất trơ về hoá học, có độ rắn cao được dùng làm đá quý (khi có lẫn một lượng tạp chất nào đó), làm kim đĩa hát, làm các ổ gối đỡ. Nếu sản phẩm dưới dạng vật liệu xốp γ - Al2O3 thì có dung tích hấp phụ lớn được dùng làm chất mang xúc tác. Nếu sản phẩm dưới dạng màng mỏng có độ bền hoá học cao được dùng để phủ gốm. Nếu s ản ph ẩm d ưới dạng sợi được dùng làm cốt cách nhiệt cho gốm kim loại. Nếu sản phẩm dưới dạng bột α -Al2O3 hoặc bột α -Al2O3 rồi tiến hành thiêu kết thành khối thì được dùng làm vật liệu cắt gọt, bột mài... Bảng 1 cho thấy tuỳ theo cấu trúc mà vật liệu gốm có nh ững tính chất khác nhau, được dùng vào các lĩnh vực khác nhau. Bảng 1. Dạng và lĩnh vực ứng dụng của một số loại gốm Dạng Al2O3 TiO2 BaTiO3 SiO2 C Đá quý, ổ Đơn tinh Đá quý, Máy Đá quý, gối đĩa kim đĩa thể phát kim hát, ổ cương 14
  15. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn gối giá đỡ Tụ điện, áp đỡ Vật liệu Dụng cụ Thuỷ Dụng cụ Giá vi mạch , vật liệu điện, hoả kết khối bền ăn cắt gọt tinh hấp phụ ánh điện hoặc thuỷ tấm mòn, pin sáng, vật liệu hằng số điện cắt gọt, vật điện trở tinh môi ε cỡ vài liệu chịu lửa 102 đến 103 bền ăn mòn Vật liệu Chất mang Chất hấp Dạng vô định hình làm thụ, chất xốp xúc tác chất mang xúc hấp phụ tác Phủ gốm Tụ điện, Màng Màng mỏng phản bộ nhiệt cho phận hãm thuỷ tinh sóng đàn hồi bề mặt Sợi Cách nhiệt Sợi cácbon Cốt cách Sợi nhiệt cho thuỷ bền nhiệt gốm kim tinh dẫn loại ánh sáng Bột mài Bột Bột mài, Mỹ phẩm (kim cương) vật liệu trắng bôi cắt gọt trơn,than chì 1.3.3.3. Phương pháp tổng hợp vật liệu gốm đặc biêt Có nhiều phương pháp tổng hợp vật liệu gốm , mỗi phương pháp cho phép tổng hợp được ưu tiên dưới những dạng sản phẩm khác nhau (đơn tinh thể có kích thước lớn, bột đa tinh thể có cấp hạt xác định (nanô, micrô, mili), màng mỏng, dạng sợi...). Do đó xuất phát t ừ lĩnh v ực s ử d ụng, từ yêu cầu dạng sản phẩm, điều kiện phòng thí nghiệm ta lựa chọn phương pháp thích hợp. Vật liệu gốm đã góp phần đặc biệt quan trọng đối với sự phát triển của mọi ngành khoa học kỹ thuật và công nghiệp cuối thế kỷ XX như công nghệ vật liệu xây dựng, công nghệ chế tạo máy, giao thông vận tải, công nghệ thông tin, kỹ thuật điện, từ, quang, công nghệ chinh phục vũ trụ... Đến lượt mình, nhờ sự phát triển đặc biệt nhanh chóng của khoa học k ỹ thuật và công nghệ cuối thế kỷ XX, nó đã góp ph ần cho vi ệc xây d ựng nhiều phương pháp hiện đại để tổng hợp được nhiều dạng vật liệu mới có cấu trúc và tính chất đặc biệt. Có nhiều cách phân loại phương pháp tổng hợp vật liệu gốm như: Dựa vào sản phẩm phân thành: - Tổng hợp vật liệu gốm dưới dạng bột (nanô, micrô, mili,... ); 15
  16. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn - Thiêu kết bột gốm thành linh kiện mong muốn; - Tổng hợp vật liệu gốm dưới dạng màng mỏng; - Tổng hợp vật liệu gốm dưới dạng sợi. Dựa vào điều kiện kĩ thuật phân thành: - Phương pháp sử dụng nhiệt độ cao; - Phương pháp tổng hợp dưới áp suất cao; - Phương pháp tổng hợp có sử dụng pha hơi... Một số gốm đặc biệt như PZT có các tính chất đặc biệt nh ư áp điện (sóng cơ học gây nên điện trường trong lòng chất áp điện và ngược l ại) và từ giảo ( khi từ trường trong lòng vật liệu thay đổi thì xuất hiện các vùng nén dãn). Các vật liệu này được sử dụng làm các đầu thu phát các dao động cơ được sử dụng trong kỹ thuật điện. Sau đây là một số thông số loại gốm áp điện PZT-4 Gốm Lớp Độ cứng( 1010 N/m2) Mật độ 103kg/m3 C11 C12 C13 C33 C44 PZT-4 6mm 13,9 7,8 7,4 11,5 2,56 7,5 Gốm lớp Các hằng số áp điện Hằng số điện môi ε S 11 ε S 33 6mm PZT-4 e15 e31 e33 12,7 -5,2 15,1 650 560 1.4.VẬT LIỆU SƠN 1.4.1. Khái niệm chung Vật liệu sơn là vật liệu dạng lỏng có thành ph ần chính là dung môi, dầu sơn và các chất tạo màu. Sơn là vật liệu chính để bảo vệ chống rỉ cho kim loại, chống ẩm và phòng mục cho gỗ, bảo vệ các thi ết b ị ch ống tác dụng phá hoại của hóa chất và môi trường, đảm bảo điều kiện khai thác và tuổi thọ cho các phương tiện công trình xây dựng, giao thông vận tải. Ở Việt nam có nhiều nguyên liệu làm sơn như sơn ta, dầu thực vật v.v..., Việt nam đã chế tạo nhiều loại sơn có giá trị. Các loại sơn ngoại nhập ở Việt nam rất phong phú và đa dạng. Sơn là vật liệu sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực xây d ựng (s ơn thép, gỗ, bàn nghế, nhà cửa và các đồ dùng trong sinh ho ạt), giao thông v ận tải (sơn cầu, vạch dẫn đường, các phương tiện giao thông), c ơ khí (s ơn 16
  17. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn máy móc, thiết bị), công nghiệp nhẹ (sơn vải, hàng hóa), trong công nghi ệp điện (sơn cách điện và bảo vệ cho máy móc thiết bị điện). Để đảm bảo tuổi thọ và chất lượng trang trí, sơn cần ph ải thoả mãn các yêu cầu chính sau : mau khô (không muộn h ơn 24 gi ờ sau khi s ơn), tính co giãn tốt, có độ bền cơ học cao, chịu được va chạm, bền th ời ti ết, b ền đối với tác động của tia tử ngoại, tính dính bám cao vào v ật li ệu đ ược s ơn, có mặt nhẵn bóng, màu sắc phù hợp, v.v... Ngoài ra, sơn đặc biệt phải có độ cách điện, cách âm, bền nhiệt và bền hóa học, đảm bảo điều kiện vệ sinh. Sơn được phân ra : sơn, vecni và các vật liệu phụ. Sơn dùng để tạo ra lớp màu không trong suốt có tác dụng bảo vệ. Còn vecni thì trong su ốt và phủ trang trí lần cuối cùng lên bề mặt sơn. Vật liệu phụ (matit bồi m ặt, sơn lót, matit gắn) để chuẩn bị bề mặt sơn. Tùy theo thành ph ần s ơn có các loại sơn sau : sơn dầu, sơn tổng hợp, sơn silicát, sơn polime. 1.4.2. Thành phần của sơn Thành phần của sơn gồm có chất kết dính (ch ất tạo màng), chất t ạo màu, chất độn và dung môi. 1.4.2.1. Chất kết dính Chất kết dính là thành phần chính của sơn, quyết định độ quánh, cường độ, độ cứng và tuổi thọ của sơn. Tùy thuộc vào yêu cầu về độ dính bám với vật sơn, chọn chất kết dính là : polime (trong sơn polime, sơn men), cao su (trong sơn cao su), xenlulo dẫn suất (trong s ơn nitro), d ầu th ực vật (trong sơn dầu), keo động vật và keo cazein (trong sơn dính), ch ất kết dính vô cơ (trong sơn vôi, sơn xi măng, sơn silicát). Việc sử dụng polime tổng hợp trong sơn, vecni và dung môi hóa học trong hỗn hợp với dầu thực vật hoặc xi măng. Cho phép giảm đáng kể lượng dầu sơn và có thể sản xuất loại sơn có tuổi th ọ và hiê ụ qu ả kinh t ế cao. Nguyên liệu chủ yếu của công nghiệp sơn là nhựa thiên nhiên và d ầu thực vật. Dầu sơn là chất kết dính được sản xuất từ dầu khô. Sau khi rắn chắc trong những lớp mỏng nó có khả năng hình thành một màng có tính dẻo. Dầu sơn có 3 loại: dầu nguyên thể, dầu bán nguyên thể và dầu nhân tạo (tổng hợp). Dầu nguyên thể còn có 2 dạng : dầu oxy hóa và dầu trùng hợp. Dầu oxy hóa được chế tạo từ dầu lanh, dầu gai. Dầu bán nguyên thể được chế tạo từ dầu trùng hợp, dầu oxy hóa trộn với loại dầu đặc biệt khác. 17
  18. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn Dầu tổng hợp không chứa dầu thực vật hoặc có nhưng hàm lượng không vượt quá 35%. Trong số những loại dầu nhân tạo thì dầu gliptan, dầu đá phi ến thạch, dầu xinton, etinon, dầu cumaron - inđen được sử dụng rộng rãi hơn cả. Keo là loại chất kết dính của loại sơn dính tan trong nước dùng cho sơn lót và matit gắn, và cũng có thể làm chất ổn định khi chế tạo sơn và nhũ tương. Có nhiều loại keo : keo động vật, keo thực v ật, keo nhân t ạo và keo tổng hợp. Keo động vật có những loại : keo da, keo xương và keo cazêin. Keo thực vật có 2 loại: đextrin và bụi xay xát. Keo nhân tạo là dung dịch keo trong nước, nó thường ở dạng hỗn hợp cacboxyl - metyl - xenlulo và metyl - xenlulo. Keo polime là loại nhựa tổng hợp có khả năng dính bám cao. Đ ể chế tạo keo polime người ta dùng nhựa polivinylaxetat. 1.4.2.2. Chất tạo màu và chất độn : Chất tạo màu và chất độn là những chất vô cơ hoặc hữu cơ nghiền mịn, không tan hoặc ít tan trong nước và cả trong dung môi hữu cơ, dùng để cải thiện tính chất và tăng tuổi thọ của sơn. Mỗi chất tạo màu có một màu sắc riêng và tính chất nhất định. Kh ả năng che phủ, khả năng tạo màu, độ mịn, độ bền ánh sáng, tính ch ịu lửa, đ ộ bền hóa học, độ ổn định thời tiết là những đặc tính của chất tạo màu. Bột màu có loại thiên nhiên, loại nhân tạo, vô cơ và hữu cơ. Bột khoáng màu thiên nhiên được chế tạo bằng cách nghiền mịn các loại vật liệu thiên nhiên. Trong nhóm này gồm có : đá phấn trắng, đất son khô màu vàng, minium sắt (Fe2O3.FeO) màu nâu hồng có độ bền ánh sáng và chống ăn mòn cao, môni thiên nhiên khô (bauxit loại màu ánh sáng hoặc lo ại tối) có màu hồng, than chì xám, glaucoxit xanh và peoxyt mangan. Bột khoáng màu nhân tạo nhận được bằng cách gia công hóa học các nguyên liệu khoáng. Trong nhóm này gồm có : Bột oxyt titan (TiO2) màu trắng, chế tạo từ quạng titan, dùng trong sơn dính. Bột kẽm trắng, chế tạo bằng cách làm thăng hoa kẽm cùng với việc oxy hoá các loại khoáng chất chứa kẽm. Nó có khả năng che phủ và b ền ánh sáng cao, không độc, dùng trong sơn dầu, sơn men và các loại sơn khác. Bột chì trắng (2PbCO3.Pb(OH)2), có độ che phủ tốt, bền ánh sáng, bền kiềm, ở dạng bột thì độc, dùng cho sơn kim loại. 18
  19. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn Litopon trắng là hỗn hợp của sunfua kẽm và sunfat bari, kém bền thời tiết, dùng chủ yếu để sơn phủ các bộ phận bên trong nhà. Bột kẽm khô màu vàng sáng là hợp chất kép của oxyt crom và oxyt kẽm với cromat axit kali hoặc natri, có chứa một lượng muối sunfat hoặc clorua kẽm; dùng cho sơn dầu, và sơn lót kim loại. Ôxýt crom (Cr2O3) màu xanh, bền với tác dụng của axit, kiềm, ánh sáng và nhiệt độ, dùng trong nhiều loại sơn. Muội khí đốt là sản phẩm đốt khí axetylen, rất nhẹ, có kh ả năng che phủ và nhuộm màu cao, ổn định với tác dụng của axit và kiềm, dùng trong tất cả các loại sơn. Bột màu ở dạng bột kim loại tinh khiết (bột nhôm, bột đồng thau), loại bột này đặc xong cho loại sơn rất đẹp. Chất tạo màu hữu cơ là những chất tổng hợp có nguồn gốc hữu cơ, màu tinh khiết, có khả năng tạo màu cao, không tan hoặc ít tan trong nước và các dung môi hữu cơ khác. Bột màu hữu cơ có tính ổn định kiềm, ổn định ánh sáng thấp. Chất độn vô cơ không tan trong nước, màu trắng, pha vào sơn nhằm tiết kiệm chất tạo màu và làm cho sơn có cơ tính t ốt h ơn. Ch ất độn th ường dùng là bột than, cát nghiền nhỏ, thạch cao, v.v... 1.4.2.3. Dung môi Dầu thông, dầu than đá, spirit trắng, etxăng thường được sử dụng làm dung môi cho sơn dính dạng nhũ tương. 1.4.2.4. Chất làm khô Chất làm khô làm tăng quá trình khô và cứng (đóng rắn) cho sơn hoặc vecni. Chất làm khô thường được sử dụng 5-8% trong sơn và 10% trong vecni. Trong sơn xây dựng hay dùng dung dịch muối chì - mangan của axit naftalen làm chất làm khô. 1.4.2.5. Chất pha loãng Chất pha loãng dùng để pha loãng sơn đặc hoặc sơn vô cơ khô. Khác với dung môi, chất pha loãng luôn chứa một lượng cần thi ết ch ất t ạo màng để tạo cho sơn có chất lượng cao. 1.4.3. Các loại sơn. Sơn được chia ra các loại : sơn dầu, sơn men, sơn pha n ước, s ơn pha nhựa bay hơi. 1.4.3.1. Sơn dầu : 19
  20. Bài giảng Kỹ thuật Đại cương –PGS.TS. Lê Bá Sơn Sơn dầu là hỗn hợp của chất tạo màu, chất độn được nghi ền m ịn trong máy nghiền cùng với dầu thực vật. Sơn dầu được s ản xuất ở 2 d ạng: sơn đặc chứa 12 - 25%, còn sơn loãng chứa 30 - 35% dầu (so với kh ối lượng chất tạo màu). Độ khô hoàn toàn của sơn dầu ở nhiệt độ 18 - 23oC không được lớn hơn 24 giờ. Sơn dầu là loại sơn phổ biến dùng để sơn kim loại, gỗ và bê tông. 1.4.3.2. Sơn men : Sơn men là huyền phù chất tạo màu vô cơ hoăc hữa cơ với vecni tổng hợp hoặc vecni dầu. Sơn men chứa nhiều chất kết dính nên m ặt s ơn d ễ bong. Sơn men có độ bền ánh sáng và độ chống mài mòn tốt, mau khô, dùng để sơn kim loại, gỗ, bê tông, mặt vữa ở phía trong và phía ngoài nhà. Sơn men ankit, epôxy và urê - fomanđêhyt là những loại sơn phổ biến hiện nay. Sơn ankit là huyền phù của chất tạo màu phân tán m ịn trong vecni gliptan, pentaftalat và các loại vecni khác có pha thêm dung môi và ch ất làm khô. Trong nhóm sơn ankit gồm có nhiều loại sơn với tính ổn định nước, chống tác dụng của kiềm, độ bền và tuổi thọ khác nhau. Sơn epoxy là loại huyền phù chất tạo màu trong dung dịch epoxy. Chúng có độ bền hóa học, bền nước cao, dùng để chống ăn mòn cho kim loại và gỗ. Huyền phù của chất tạo màu trong nhựa urê - fomanđêhyt t ạo ra sơn cacbamít, có độ bền nước cao dùng để sơn ph ủ ngoài trang thi ết b ị. Hiện nay thế giới hay sử dụng sơn hệ epoxy - urê than hoặc urê - than cải tiến. 1.4.3.3. Nhóm sơn polime - xi măng, sơn silicát : Trong nhóm này gồm có sơn polime - xi măng, sơn nhũ tương, các loại sơn và sơn men có nhựa bay hơi. Chúng là hỗn hợp của ch ất kết dính vô cơ, bột màu với các chất phụ gia được hòa vào trong nước đến độ đặc thi công. Loại sơn này bền kiềm và bền ánh sáng. Theo dạng chất kết dính, sơn trên nền khoáng chất được chia ra: s ơn vôi, sơn silicát, sơn xi măng. Sơn vôi gồm có vôi, bột màu clorua natri, clorua canxi cũng như stiorat canxi hoặc muối canxi, axit, dầu lanh. Sơn vôi dùng đ ể sơn t ường g ạch, bê tông và vữa cho mặt chính và mặt bên trong nhà. Sơn silicát được chế tạo từ bột đá phấn nghiền mịn, bột tan, bột kẽm trắng và bột màu bền kiềm với dung dịch thủy tinh kali hoặc natri. Sơn 20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2