Hóa học hóa lý polymer (TS. Nguyễn Quang Khuyến) - Chương 8

Chia sẻ: Nguyen Uyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

138
lượt xem 24
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 8: Độ bền polymer- Theo nghĩa rộng, độ bền là tính chất vật thể chống lại sự hủy họai xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực. Ví dụ : Nhờ polymer dưới tác dụng của các lực về điện thì gọi là độ bền điện, còn dưới tác dụng cơ học thì gọi là độ bền cơ học.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Hóa học hóa lý polymer (TS. Nguyễn Quang Khuyến) - Chương 8

Chương 8 ĐỘ BỀN POLYMER Ph.D. Nguyen Quang Khuyen nqkhuyen@yahoo.com 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 1
8.1 Khaùi nieäm ñoä beàn cuûa polymer Theo nghóa roäng, ñoä beàn laø tính chaát vaät theå choáng laïi söï huûy hoaïi xaûy ra döôùi taùc duïng cuûa ngoaïi löïc. Ví duï : Nhö polymer döôùi taùc duïng cuûa caùc löïc veà ñieän thì goïi laø ñoä beàn ñieän, coøn döôùi taùc duïng cô hoïc thì goïi laø ñoä beàn cô hoïc. Ñoä beàn cuûa moät saûn phaåm laøm baèng vaät lieäu polymer phuï thuoäc raát nhieàu vaøo yeáu toá kyõ thuaät ( cheá ñoä truøng hôïp hay ña tuï, baûn chaát xuùc taùc, tyû leä caùc caáu töû trong hoãn hôïp, chaát khôûi ñaàu, chaát khôi maøo, chaát haõm, chaát ñieàu chænh) vaø phöông phaùp gia coâng saûn phaåm ( eùp phun, eùp ñuùc, keùo…) keát caáu hình daïng cuûa saûn phaåm. 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 2
8.1 Khaùi nieäm ñoä beàn cuûa polymer (tt) Muoán thieát keá caùc saûn phaåm laøm baèng vaät lieäu polymer caàn phaûi bieát kyõ caùc tính chaát cô hoïc ñaëc bieät cuûa chuùng vaø moái lieân quan cuûa caùc tính chaát ñoù vôùi caáu truùc hoùa hoïc hay loaïi polymer. Khi ñoù caàn löu yù raèng : ñoä beàn cuøng moät loaïi polymer coù theå khaùc nhau tuøy thuoäc vaøo traïng thaùi maø polymer toàn taïi. Ñoä beàn cuûa poly metyl metacrylat ôû traïng thaùi thuûy tinh cao hôn so vôùi khi noù chaûy meàm do ñun noùng. Xuaát phaùt töø quan ñieåm khaûo saùt ñoä beàn cuûa polymer, toát nhaát neân phaân bieät caùc traïng thaùi caáu truùc – cô hoïc sau ñaây: loûng meàm cao vaø raén 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 3
8.2 Nhöõng thoâng soá cô baûn veà ñoä beàn vaø phöông phaùp ñaùnh giaù chuùng Ñoä beàn – tính chaát vaät theå, ñaëc tröng cho khaû naêng choáng laïi söï phaù hoaïi döôùi taùc duïng cuûa caùc löïc cô hoïc. Tính chaát ñoù ñöôïc ñaùnh giaù veà löôïng. Ngöôøi ta ñöa ra moät soá thoâng soá ñeå ñaùnh giaù veà löôïng. Moät trong nhöõng thoâng soá ñoù laø giaù trò öùng suaát, trong nhöõng ñieàu kieän ñaõ cho maãu bò phaù hoaïi ôû gía trò ñoù. Chuùng ta coù ñaïi löôïng giôùi haïn beàn : söï phaù hoaïi coù theå xaûy ra khoâng nhöõng döôùi taùc duïng cuûa öùng suaát lôùn maø caû öùng suaát beù tuøy thuoäc vaøo thôøi gian taùc duïng. Tuy nhieân caùch dieãn ñaït ñoù mang tính chaát lòch söû vaø vaãn ñöôïc söû duïng phoå bieán roäng raõi ). Giôùi haïn beàn coù theå ñöôïc xaùc ñònh ôû caùc loaïi bieán daïng khaùc nhau : keùo, neùn, uoán… 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 4
8.2 Nhöõng thoâng soá cô baûn veà ñoä beàn vaø phöông phaùp ñaùnh giaù chuùng (tt) Cuøng vôùi caùc tính chaát cuûa polymer, giôùi haïn beàn phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä vaø thôøi gian taùc duïng löïc cuûa löïc bieán daïng, nghóa laø phuï thuoäc vaøo toác ñoä bieán daïng. Vì theá cho neân khi so saùng ñoä beàn cuûa caùc polymer khaùc nhau theo caùc giaù trò cuûa giôùi haïn beàn, caàn phaûi tieán haønh xaùc ñònh laïi ñaïi löôïng ñoù ôû nhöõng giaù trò ñoàng nhaát veà nhieät ñoä vaø toác ñoä bieán daïng. Thoâng soá tieáp theo veà ñoä beàn la giaù trò bieán daïng cöïc ñaïi phaùt trieån ñeán thôøi ñieåm ñöùt vaø ñöôïc goïi laø ñoä bieán daïng cöïc ñaïi töông ñoái (ñ ). 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 5
8.2 Nhöõng thoâng soá cô baûn veà ñoä beàn vaø phöông phaùp ñaùnh giaù chuùng (tt) ÔÛ nhöõng giaù trò cho tröôùc ñ (hay ñ) thôøi gian taùc duïng cuûa löïc gaây neân bieán daïng (trong thôøi gian ñoù xaûy ra söï phaù huyû maãu) khoâng theå tuøy tieän. Bôûi vaäy, ñoä beàn cuõng coù theå ñaëc tröng baèng ñoä beàn laâu ñ thôøi gian keå töø luùc baét ñaàu taùc duïng löïc gaây neân bieán daïng ñeán khi maãu bò taùch töøng phaàn. Ñoä beàn laâu thöôøng ñöôïc xaùc ñònh ôû giaù trò öùng suaát gaây neân bieán daïng khoâng ñoåi  = const. Neáu ñieàu kieän ñoù khoâng ñöôïc chaáp haønh thì ñaëc tröng cuûa ñoä beàn theo thôøi gian ñöôïc goïi laø meät moûi tónh hoïc. Ñaëc tröng cuûa ñoä beàn theo thôøi gian ( hay laø söï phuï thuoäc cuûa ñoä beàn theo thôøi gian ) ôû ñieàu kieän taûi troïng ñoäng thì goïi laø meät moûi ñoäng hoïc. 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 6
Kết luận Ñoä beàn cuûa vaät lieäu polymer mang ñaëc tröng thôøi gian. Vì vaäy nhö nhöõng khaùi nieäm nhö giôùi haïng beàn, öùng suaát ñöùt …cuõng mang tính chaát quy öôùc. Khoâng neân phaùt trieån quyeát ñoaùn veà söùc chòu taûi troïng cuûa vaät lieäu polymer naøo ñoù maø khoâng chæ roõ thôøi gian maãu caàn baûo toàn khoâng bò phaù hoaïi. 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 7
8.3 Caùc daïng phaù hoaïi polime Phaù hoaïi doøn: laø daïng phaù hoaïi maø tröôùc ñoù chæ coù bieán daïng ñaøn hoài thuaän nghòch xaûy ra maø thoâi. Ñoä beàn cuûa vaät theå khi phaù hoaïi doøn ñöôïc kyù hieäu laø d. Phaù hoaïi deûo: laø daïng phaù hoaïi maø tröôùc ñoù coù xaûy ra nhöõng bieán daïng gaây neân do caùc phaàn rieâng bieät thuoäc caáu truùc vaät lieäu saép xeáp laïi. ÔÛ caùc vaät theå tinh theå vaø thuûy tinh phaân töû thaáp nhöõng bieán daïng ñoù khoâng thuaän nghòch vaø ñöôïc goïi laø chaûy deûo. 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 8
8.4 Phaûn öùng phaân huûy polymer vaø yù nghóa cuûa phaûn öùng phaân huûy •Phaân huûy : laøm ñöùt maïch laøm giaûm khoái löôïng phaân töû. •Yù nghóa : döïa vaøo phaûn öùng phaân huûy coù theå xaùc ñònh caáu taïo, caáu truùc polymer. •Möùc ñoä phaân huûy phuø hôïp laøm giaûm khoái löôïng polymer moät phaàn ñeå deã gia coâng. •Phaân huûy coù theå thu ñöôïc monomer. •Phaân huûy coù theå xaây döïng ñöôïc cheá ñoä gia coâng : xaây döïng phaïm vi giôùi haïn ñeå söû duïng saûn phaåm ( chòu nhieät, chòu böùc xaï). •Baûo veä polymer : chaát choáng laõo hoùa, laøm giaûm tính naêng cuûa polymer döôùi taùc duïng cuûa moâi tröôøng ( nhieät ñoä, caùc tia böùc xaï, aên moøn…). 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 9
8.4 Phaûn öùng phaân huûy polymer vaø yù nghóa cuûa phaûn öùng phaân huûy (tt) Caùc loaïi phaân huûy •Nhieät : khi naêng löôïng nhieät > naêng löôïng lieân keát. •Moâi tröôøng thuûy phaân : moâi tröôøng OH, (nhaát laø poliamid do coù lieân keát –C(O)-NH-). •Oxy hoùa: thöôøng laø hieän töôïng keát hôïp (coù oâxy, böùc xaï, moâi tröôøng aåm) seõ phaân huûy nhanh. •Taùc duïng böùc xaï: chieáu moät tia böùc xaï coù moät böôùc soùng thích hôïp taïo ñöôïc goác töï do. Töø goác töï do taïo phaûn öùng daây chuyeàn gaây ñöùt maïch ( tia töû ngoaïi, tia böùc xaï). •Phaân huûy cô hoïc: löïc cô hoïc lôùn gaây neân ñöùt maïch (caùn troän cao su treân maùy troän). 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 10
8.5 Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä beàn cô hoïc cuûa polyme Caùc polymer coù theå bieán daïng tôùi haøng chuïc haøng traêm phaàn traêm hay nhieàu hôn nöõa laø do chuùng bao goàm caùc ñaïi phaân töû coù kích thöôùc theo chieàu daøi lôùn hôn raát nhieàu so vôùi chieàu ngang ( hieän töôïng ñònh höôùng cuûa polymer ) trong caùc maøng hay oáng. Trong thöïc teá ñaõ taän duïng ñöôïc hieän töôïng ñònh höôùng ñeå saûn xuaát sôïi vaø maøng coù ñoä beàn cao. Ôû ñaây ñoä meàm deûo cuûa maïch ñoùng vai troø quan troïng. 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 11
8.5 Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä beàn cô hoïc cuûa polyme (tt) Söï phuï thuoäc cuûa vaät theå raén vaøo thôøi gian : ÖÙng suất khoâng phaûi laø yeáu toá quyeát ñònh ñoä beàn cuûa polymer, neáu polymer bò phaù hoaïi trong thôùi gian ngaén thì öùng suaát töông ñoái lôùn. Nhöng neáu öùng suaát phaù phaù hoaïi nhoû thì vaät lieäu bò phaù hoaïi caàn thôøi gian daøi hôn ( ñoä meät moûi tónh hoïc ). Aûnh höôûng phuï gia : phuï gia ñöôïc theâm vaøo vaät lieäu polymer laøm taêng leân tính chaát cô hoïc ñaùng keå ñöôïc öùng duïng roäng raõi, phuï gia taêng ñöoïc tính chaát cô lyù goïi laø phuï gia hoaït tính, phuï gia khoâng taêng ñöôïc tính chaát goïi laø phuï gia khoâng hoaït tính. Ví duï khi ñoän than hoaït tính hay silicagen laøm cao su taêng tính chaát cô hoïc leân raát nhieàu. 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 12
8.5 Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä beàn cô hoïc cuûa polyme (tt) Chất phụ gia: Chaát phuï gia ñoùng vai troø nhö moät chaát haáp phuï vaø polymer haáp phuï xung quanh caùc hạt phụ gia taïo thaønh moät ñònh höôùng, nhôø vaäy maø ñoä beàn vaät lieäu ñöôïc taêng leân. Tuy nhieân löôïng phụ gia chæ cho vaøo ñeàn moät giôùi haïn nhaát ñònh, sau ñoù neáu taêng löôïng phụ gia thì tính chaát seõ bò giaûm xuoáng do caùc phaân töû polymer khoâng coøn ñuû ñeå bao boïc quanh caùc hạt phụ gia. 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 13
Tính chaát cô hoïc cuûa polystyren ñònh höôùng 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 14
Tính chaát cô hoïc cuûa maøng polyetylen ñònh höôùng (toác ñoä bieán daïng 50cm/phuùt) 605002 Độ bền polymer 12/23/2010 15