CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG VẬT LIỆU POLYMER
Phương pháp gia công vật liệu
Để vật liệu → sản phẩm cần đề cập:
+ Tính chất vật liệu
+ Thiết bị, máy móc
+ Quy trình gia công (vd sản phẩm nhựa cần nhiệt độ, áp suất)1
1
Vật liệu bao gồm 4 loại: Polymer / Silicate, ceramic / Kim loại / vật liệu bán dẫn1
Phương pháp gia công:
Quá trình gia công: Nguyên liệu ( nhựa, ceramic, kim loại) ở thể rắn → qua quá trình:
tạo hình + định hình → tạo thành sản phẩm
Quá trình tạo hình
Vd:
Nhựa → tạo hình bằng cách gia nhiệt
Đất sét → tạo hình bằng cách thêm nước
Kim loại → tạo hình bằng cách gia nhiệt
→ Làm lỏng nguyên liệu để đổ khuôn
Với Nhựa (PP,PE) → mềm → chảy (yêu cầu để tạo hình) → cháy
Ngoài phương pháp gia nhiệt → có thể dùng dung môi để hoà tan
Lưu ý: chất lượng nguyên liệu không giảm cấp + gia nhiệt không để phân huỷ1
Định nghĩa polymer:
Polymer là những chất có trọng lượng phân tử lớn và chứa những nguyên tử hoặc
nhóm nguyên tử lặp đi lặp lại.
1
Polymer sẽ có 3 loại: Tự nhiên, bán tổng hợp, tổng hợp
→ chia thành cấu trúc: mạch thẳng, mạch nhánh và mạch không gian1
1
1
Polymer mạch thẳng có nhánh hoặc không có nhánh: Nhựa nhiệt dẻo (loại 1, loại 2),
cao su chưa lưu hoá
Polymer mạch mạng lưới hay mạng không gian: Nhựa nhiệt rắn (polyme mạng không
gian) , cao su lưu hoá
Câu hỏi: Cho mạch thẳng và mạch nhánh có khối lượng bằng nhau → loại nào có
Density ( mật độ ) cao hơn?
Với loại 1 ( ký hiệu HDPE) có mật độ cao hơn Vd: PE → xếp chặt hơn11
Với loại 2 ( ký hiệu LDPE) có mật độ thấp hơn vì loại 2 có không gian để xếp1
→ Loại 1: mang tính chất cơ lý gồm
+ Độ bền ( kéo)
+ Độ kết tinh cao
+ Độ trong suốt
1Mang cơ tính cao → công dụng: làm bao bì
→ Loại 2: dùng để gia công + giá thành rẻ, độ bền cao, tương thích ở nhiệt độ thấp và
khả năng chống ăn mòn tốt.
Câu hỏi: Với polyme dạng mạch thẳng, mạch nhánh → làm sao để tạo thành polyme
mạch không gian (biết polyme mạch không gian có cấu trúc mạch thẳng và nhánh)1
+ Dùng chất đóng rắn
+ Dùng phương pháp trùng ngưng
VD: cao su tự nhiên → cao su lưu hoá ( cấu trúc mạng không gian có S - lưu huỳnh)1
→ Bằng phương pháp gia nhiệt → bỏ thêm chất đóng rắn
Nhựa epoxy → hoà tan dung môi ( mạch lúc này phân tán) → thêm chất đóng rắn →
bỏ vào khuôn → tạo sản phẩm
Ngoài ra, tính chất khác nhau giữa nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn1
Nhựa nhiệt dẻo Nhựa nhiệt rắn
Cao su chưa lưu hoá
→ Liên kết vật lý (liên kết
vanderwall, hyđro) → dễ tách
Cao su lưu hoá
→ không nóng chảy hay hoà tan
Lưu ý: Bới chất xúc tác khác nhau → cấu trúc mạch khác nhau
Vd:
1
1
Nhựa nhiệt dẻo: Là loại nhựa khi nung nóng đến nhiệt độ chảy mềm Tm thì nó chảy
mềm ra và khi hạ nhiệt độ thì nó đóng rắn lại. Thường tổng hợp bằng phương pháp
trùng hợp. Các mạch đại phân tử của nhựa nhiệt dẻo liên kết bằng các liên kết yếu
(liên kết hydro, vanderwall). Tính chất cơ học không cao khi so sánh với nhựa nhiệt
rắn. Nhựa nhiệt dẻo có khả năng tái sinh được nhiều lần.
Ví dụ như: polyetylen (PE), polypropylen (PP), polystyren (PS), poly metyl
metacrylat (PMMA), poly butadien (PB), poly etylen tere phtalat (PET)....1
Nhựa nhiệt rắn: là hợp chất cao phân tử có khả năng chuyển sang trạng thái không
gian 3 chiều dưới tác dụng của nhiệt độ hoặc phản ứng hóa học và sau đó không nóng
chảy hay hòa tan trở lại được nữa, không có khả năng tái sinh.11
Một số loại nhựa nhiệt rắn:ure focmadehyt [UF], nhựa epoxy, phenol focmadehyt
[PF], nhựa melamin,
Cấu trúc vật lý polyme
Phân tử polyme có thể tồn tại ở hai trạng thái vật lý riêng biệt:1
1- Kết tinh (crystalline).
1- Vô định hình (amorphous).
1
→ Polyme không thể kết tinh 100%(vật liệu bán kết tinh).
Câu hỏi: Tại sao polyme không thể kết tinh 100% ( vật liệu bán kết tinh)1
Do mạch phân tử quá dài → uốn cong phức tạp
Tại sao polyme bị xoắn, bị cong lại?
Mạch nhánh → các nhánh không bằng nhau → nhánh ngắn, nhánh dài → trong
polyme giữa các phân tử sẽ có liên kết nội phân tử và phân tử → giữa các mắt xích có
liên kết với nhau ( liên kết nội phân tử ) → sẽ làm polyme bị uốn cong1
→ Nhưng đoạn liên kết nội phân tử quá lớn → Cấu trúc mạch mang không gian1
Mạch ngắn, dài, nhóm chức xít chặt, nhóm chức điều hoà → làm liên kết nội phân tử
lớn → sẽ bị uốn cong lại
Câu hỏi: Làm sao chuyển polyme vô định hình sang polyme bán kết tinh? Làm sao để
tăng độ kết tinh polyme?
→ Bằng cách làm tốc độ gia nhiệt chậm ( tốc độ hạ nhiệt)
Bằng cách nấu chảy polyme sau đó sẽ hạ nhiệt từ từ sẽ làm tăng độ kết tinh1
Câu hỏi: Tốc độ hạ nhiệt chậm làm tăng độ kết tinh?
Vì khi hạ nhiệt chậm sẽ có thời gian sắp xếp mạch với nhau
Trạng thái pha của polyme vô định hình:
1
Với polyme vô định hình →polyme ở trạng thái thuỷ tinh ( vô định hình)→ Tại sao ở
nhiệt độ polyme ở thể rắn (Tg) ? Vì trong trạng thái thuỷ tinh polyme sẽ có dao động
nguyên tử
→ Sau đó làm mềm ra bằng phương pháp gia nhiệt → sẽ chuyển sang trạng thái cao
su → dao động đoạn mạch → trạng thái ứng với dao động giữa các đoạn mạch (dao
động đoạn mạch)
→ Trạng thái tương ứng với dao động khoảng cách giữa các phân tử11
Câu hỏi; Khi gia công nhựa sẽ gia công ở nhiệt độ nào? ( PP? PE? Cao su?)
Trạng thái pha của polyme kết tinh
1