GIA CÔNG POLYMER

Chia sẻ: Tran Van Tan Tan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:96

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Công nghiệp hiện đại của các chất cao phân tử bắt đầu với sự khám phá ra kỹ thuật biến tính hoá học các polymer thiên nhiên, trong các khám phá quan trọng này là việc lưu hoá cao su và acetat hoá cellulose. Trong những năm gần đây polymer (P) tổng hợp đã chiếm vai trò chủ đạo trong công nghiệp. Với việc sản xuất được nhiều loại polymer có tính chất hoá học, hoá lý thay đổi, có nhiều ứng dụng trong thực tế, tổng hợp polymer đã trở thành hoạt động bậc nhất của công nghiệp hoá học....

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Nội dung Text: GIA CÔNG POLYMER

GIA CÄNG POLYMER Chæång I GIÅÏI THIÃÛU CHUNG I. Âënh nghéa vaì muûc âêch cuía kyî thuáût gia cäng polymer Cäng nghiãûp hiãûn âaûi cuía caïc cháút cao phán tæí bàõt âáöu våïi sæû khaïm phaï ra kyî thuáût biãún tênh hoaï hoüc caïc polymer thiãn nhiãn, trong caïc khaïm phaï quan troüng naìy laì viãûc læu hoaï cao su vaì acetat hoaï cellulose. Trong nhæîng nàm gáön âáy polymer (P) täøng håüp âaî chiãúm vai troì chuí âaûo trong cäng nghiãûp. Våïi viãûc saín xuáút âæåüc nhiãöu loaûi polymer coï tênh cháút hoaï hoüc, hoaï lyï thay âäøi, coï nhiãöu æïng duûng trong thæûc tãú, täøng håüp polymer âaî tråí thaình hoaût âäüng báûc nháút cuía cäng nghiãûp hoaï hoüc. Cuìng våïi sæû phaït triãøn polymer täøng håüp vaì nhán taûo roî raìng laì pháön phaíi phaït triãøn song song mäüt ngaình biãún âäøi caïc váût liãûu polymer thaình caïc saín pháøm sæí duûng vaìo caïc viãûc cáön thiãút. Cho nãn trong lénh væûc polymer cáön phaíi phaït triãøn âäöng thåìi caí hai màût laì tçm ra caïc váût liãûu polymer måïi vaì caíi tiãún hoàûc âæa ra caïc phæång phaïp gia cäng thêch håüp våïi loaûi váût liãûu vaì yãu cáöu sæí duûng. Khêa caûnh thæï 2 naìy chênh laì caïc váún âãö maì män kyî thuáût gia cäng polymer phaíi giaíi quyãút, âáy cuîng laì mäüt lénh væûc quan troüng cuía cäng nghiãûp polymer. Trong nhæîng nàm gáön âáy, säú læåüng loaûi polymer måïi tçm ra êt hån so våïi nhæîng nàm âáöu tiãn cuía sæû phaït triãøn cuía ngaình. Vç váûy, caïc nhaì khoa hoüc âaî cäú gàõng tçm ra caïc biãûn phaïp sæí duûng hiãûu quaí caïc loaûi polymer hiãûn âang coï. Så bäü, ta coï thãø âënh nghéa kyî thuáût gia cäng polymer nhæ sau: Kyî thuáût gia cäng polymer laì mäüt ngaình cuía kyî thuáût hoüc, nghiãn cæïu caïc quaï trçnh vaì thiãút bë duìng âãø tàng tênh cháút cuía váût liãûu polymer vaì âãø gia cäng chuïng thaình nhæîng saín pháøm sæí duûng theo yãu cáöu âoìi hoíi. Trong quaï trçnh gia cäng, trong nguyãn liãûu coï thãø xaíy ra caïc phaín æïng hoaï hoüc, caïc biãún daûng vaì cuäúi cuìng laì sæû thay âäøi báút thuáûn nghëch caïc tênh cháút váût lyï cuía váût liãûu. Song coï mäüt âiãøm cáön læu yï laì nhæîng phaín æïng xaíy ra trong quaï trçnh täøng håüp polymer khäng làûp laûi trong quaï trçnh gia cäng chuïng. (táút nhiãn coï mäüt säú træåìng håüp ngoaûi lãû) Viãûc nghiãn cæïu caïc quaï trçnh gia cäng nhàòm muûc âêch tçm ra phæång phaïp vaì thiãút bë thêch håüp âãø gia cäng loaûi váût liãûu polymer thaình caïc saín pháøm mong muäún. Phæång phaïp gia cäng coï aính hæåíng ráút låïn âãún cháút læåüng saín pháøm vaì âãún læåüng noï, phæång phaïp gia cäng bë chi phäúi båíi tênh cháút cuía váût liãûu polymer cuîng nhæ yãu cáöu vãö hçnh daïng, tênh cháút cuía saín pháøm cuäúi cuìng. Viãûc choün læûa mäüt phæång phaïp gia cäng thêch håüp noïi chung laì ráút phæïc taûp, phaíi chuï yï âãún nhiãöu khêa caûnh nhæ tênh cháút cuía váût liãûu ban âáöu, yãu cáöu vãö cháút læåüng saín pháøm, yãu cáöu vãö låüi êch kinh tãú... Noïi chung phaíi âaím baío thu âæåüc saín pháøm coï tênh nàng täút vaì coï låüi êch vãö kinh tãú. Âäúi våïi nhæûa nhiãût ràõn, phæång phaïp gia cäng thêch håüp vaì coï låüi hån caí laì phæång phaïp eïp noïng, vç quaï trçnh eïp nhanh vaì coï thãø âaût nàng suáút cao, âiãöu kiãûn nhiãût âäü khäng cao thêch håüp cho viãûc âoïng ràõn váût liãûu, khi eïp xong khäng cáön phaíi laìm nguäüi váût liãûu trong khuän. Trang 1
Traïi laûi âäúi våïi nhiãût nhæûa deío thç phæång phaïp eïp noïng noïi chung laì khäng thêch håüp vç sau khi thaình hçnh phaíi laìm nguäüi váût liãûu trong khuän, nãn quaï trçnh naìy khäng thãø tiãún haình nhanh vç nhæ thãú seî taûo ra nhæîng æïng suáút näüi laìm giaím cháút læåüng saín pháøm. Âãø gia cäng nhæûa nhiãût deío ngæåìi ta thæåìng duìng caïc phæång phaïp nhæ âuìn, âuïc dæåïi aïp suáút... Tuy nhiãn cuîng phaíi tuyì theo tênh cháút váût liãûu maì aïp duûng phæång phaïp gia cäng. Vê duû PE vaì PS thç phæång phaïp âuïc dæåïi aïp suáút laì thêch håüp, coìn âäúi våïi PVC, do nhiãût âäü chaíy nhåït cuía nhæûa gáön våïi nhiãût âäü phán huyí nãn loaûi nhæûa naìy thæåìng âæåüc gia cäng bàòng phæång phaïp âuìn. Âäúi våïi caïc loaûi nhæûa epoxy, ngæåìi ta thæåìng gia cäng bàòng phæång phaïp âäø khuän (hay âuïc khäng aïp suáút). Âäúi våïi caïc loaûi celluloid, phæång phaïp gia cäng thæåìng duìng laì taûo hçnh nhiãût åí traûng thaïi mãöm cao. Kêch thæåït, hçnh daïng vaì sæû äøn âënh kêch thæåït, hçnh daïng saín pháøm trong quaï trçnh sæí duûng cuîng laì nhæîng yãu cáöu quan troüng vaì chëu aính hæåíng cuía phæång phaïp gia cäng. Màût khaïc, taïc duûng cuía nhiãût coï aính hæåíng ráút låïn âãún tênh cháút cuía saín pháøm, coï loaûi nhæûa dæåïi taïc duûng cuía nhiãût tênh cháút khäng âäøi, nhæng cuîng coï loaûi nhæûa khäng bãön nhiãût. Do âoï, viãûc choün phæång phaïp gia cäng cáön phaíi âaím baío chãú âäü nhiãût thêch håüp âãø tênh cháút saín pháøm thu âæåüc täút nháút. II. Phán loaûi caïc phæång phaïp gia cäng Phæång phaïp gia cäng gàõn liãön våïi thiãút bë duìng âãø thæûc hiãûn quaï trçnh gia cäng vaì coï liãn quan âãún sæû biãún âäøi traûng thaïi cuía váût liãûu trong thiãút bë. Vç váûy cho âãún nay chæa coï caïch phán loaûi naìo coï thãø nãu lãn âáöy âuí caïc yãúu täú trãn âæåüc. Trong cäng nghiãûp âãø dãù nàõm bàõt caïc quaï trçnh gia cäng, ngæåìi ta taûm thåìi xãúp caïc quaï trçnh gia cäng tæìng nhoïm theo nhiãûm vuû cuía quaï trçnh hoàûc traûng thaïi váût lyï cuía nguyãn liãûu trong quaï trçnh gia cäng. Caïc quaï trçnh gia cäng thæåìng âæåüc xãúp thaình 3 nhoïm nhiãûm vuû chênh laì: 1. Nhoïm caïc phæång phaïp taûo hçnh: coï nhiãûm vuû taûo cho váût liãûu coï hçnh daûng saín pháøm sæí duûng thuäüc nhoïm naìy gäöm caïc phææong phaïp gia cäng nhæ eïp, eïp âuïc, âuïc dæåïi aïp suáút, âuìn, taûo hçnh nhiãût, càõt goüt... 2. Nhoïm caïc phæång phaïp làõp gheïp: coï nhiãûm vuû taûo liãn kãút giæîa caïc chi tiãút cuía saín pháøm våïi nhau. Trong nhoïm naìy coï thãø kãø âãún phæång phaïp gia cäng nhæ: haìn vaì phuí bãö màût (bao gäöm daïn hoàûc phun). 3. Nhoïm caïc phæång phaïp biãún tênh: coï nhiãûm vuû thay âäøi cáúu truïc cáúu truïc polymer bàòng phæång phaïp váût lyï hoàûc bàòng phaín æïng hoaï hoüc nhæ caïc phæång phaïp träün, hoaût hoaï ãö màût, biãún tênh polymer... Trong quaï trçnh gia cäng, dæåïi taïc duûng cuía nhiãût âäü vaì aïp suáút, traûng thaïi váût liãûu bë biãún âäøi. Tuyì theo, traûngt thaïi váût liãûu vaì âiãöu kiãûn gia cäng, caïc quaï trçnh gia cäng polymer cuîng âæåüc chia thaình 6 nhoïm chênh: - Nhoïm 1: Trang 2
Gäöm caïc phæång phaïp gia cäng åí âiãöu kiãûn nhiãût âäü, aïp suáút cao, váût liãûu åí traûng thaïi chaíy nhåït trong quaï trçnh gia cäng. Thuäüc nhoïm naìy gäöm caïc quaï trçnh chuí yãúu nhæ sau: + EÏp + Âuïc dæåïi aïp suáút + Âuìn Trong âoï quaï trçnh âuïc dæåïi aïp suáút âæåüc tiãún haình åí aïp suáút cao hån caí (aïp suáút lãn âãún 100 MPa), coìn quaï trçnh eïp vaì âuìn coï thãø tiãún haình åí aïp suáút tháúp hån. - Nhoïm 2: Gäöm caïc phæång phaïp gia cäng åí âiãöu kiãûn nhiãût âäü vaì aïp suáút, váût liãûu åí traûng thaïi mãöm cao, phäø biãún nháút laì caïc phæång phaïp gia cäng váût liãûu åí daûng táúm. Phæång phaïp taûo hçnh nhiãût tuyì theo bãö daìy táúm váût liãûu maì aïp suáút sæí duûng beï hån 10 ÷ 100 láön so våïi caïc phæång phaïp åí nhoïm 1, nhiãût âäü gia cäng cuîng tháúp hån. - Nhoïm 3: Gäöm caïc phæång phaïp gia cäng åí âiãöu kiãûn nhiãût âäü, aïp suáút gáön nhæ bçnh thæåìng, váûût liãûu gia cäng cuîng giæî nguyãn caïc cáúu trçnh ban âáöu nhæ quaï trçnh gia cäng cå khê. - Nhoïm 4: Thuäüc nhoïm naìy gäöm caïc phæång phaïp gia cäng sau: + Âuïc khäng aïp suáút + Âuïc li tám trong âoï váût liãûu gia cäng åí traûng thaïi loíng hoàûc mãöm cao åí nhiãût âäü thæåìng hoàûc nhiãût âäü khäng cao làõm (træåìng håüp coï âäút noïng så bäü). - Nhoïm 5: Âáy laì nhoïm caïc quaï trçnh gia cäng bàòng caïch náúu chaíy vaì âäø khuän, thæåìng âæåüc sæí duûng âãø gia cäng saín pháøm coï kêch thæåït låïn vaì PE laì loaûi polymer thæåìng âæåüc gia cäng bàòng phæång phaïp naìy. - Nhoïm 6: Bao gäöm phæång phaïp haìn vaì daïn polymer, nhàòm muûc âêch liãn kãút caïc chi tiãút saín pháøm. Trong quaï trçnh haìn, liãn kãút taûi bãö màût tiãúp xuïc âæåüc taûo båíi quaï trçnh khuãúch taïn cuía caïc maûch phán tæí taûi bãö màût tiãúp xuïc nhåì vaûo sæû hoaì tan trong dung mäi åí nhiãût âäü thæåìng. Nhæ âaî noïi åí trãn, quaï trçnh gia cäng gàõn liãön våïi thiãút bë, cho nãn ngæåìi ta coìn phán loaûi theo caïch chãú taûo saín pháøm nhæ gia cäng bàòng phæång phaïp eïp, âuïc, âuìn, taûo hçnh nhiãût âäü... Trang 3
Chæång II CÁÚU TRUÏC VAÌ TÊNH CHÁÚT CUÍA POLYMER I. Tênh cháút læu hoaï biãún (cå hoüc) cuía polymer Læu biãún laì ngaình khoa hoüc khaío saït sæû biãún daûng vaì sæû chaíy cuía váût thãø. Theo âënh nghéa, sæû biãún daûng laì sæû thay âäøi hçnh daûng, kêch thæåït cuía váût thãø khi chëu taïc duûng cuía ngoaûi læûc, coìn sæû chaíy laì traûng thaïi biãún daûng liãn tuûc, báút thuáûn nghëûch, khäng giåïi haûn cuía læu cháút khi chëu taïc duûng cuía æïng suáút. Tênh cháút læu biãún cuía váût thãø polymer chëu aính hæåíng cuía âàûc træng cáúu truïc cuía noï, âoï laì: - Hçnh daûng báút âäúi xæïng (chiãöu daìi ráút låïn so våïi chiãöu ngang) vaì tênh cháút mãöm deío cuía maûch phán tæí polymer. - Læûc taïc duûng tæåíng häø giæîa caïc phán tæí låïn. Âäúi våïi mäüt säú polymer coï cáúu taûo maûng læåïi, sæû hiãûn diãûn cuía caïc näúi ngang khäng nhiãöu làõm vaì ngàõn hån so våïi maûch phán tæí seî haûn chãú sæû dëch chuyãøn tæång âäúi giæïa caïc maûch phán tæí våïi nhau. 1. Âæåìng cong chaíy Âæåìng cong chaíy cuía polymer noïng vaì dung dëch polymer åí daûng âáöy âuí nhæ åí hçnh 2.1. Caïc âæåìng gaûch âæït biãøu diãùn 1 giaï trë cuía âäü nhåït. Âæåìng cong chaíy âæåüc chia laìm 3 âoaûn æïng våïi 3 vuìng: - Vuìng täú âäü træåüt tháúp (vuìng 1): . Âæåìng cong chaíy thãø hiãûn tênh cháút newton, æïng våïi biãøu diãùn logν theo lgσ âoaûn âæåìng thàóng. Vuìng naìy coìn âæåüc goüi laì vuìng chaíy Newton våïi âäü nhåït cao nháút. . logν 3 2 Tàng âäü nhåït 1 log σ Hçnh 2.1: âæåìng cong chaíy - Vuìng váûn täúc træåüt cao (vuìng 3): Trang 4
. Âæåìng biãøu diãùn logν theo lgσ váùn laì âæåìng thàóng vaì âæåüc goüi laì vuìng chaíy Newton coï âäü nhåït tháúp nháút. - Vuìng coï âäü træåüt trung gian (vuìng 2): ÅÍ âáy sæû chaíy coï sæû sai lãûch so våïi âënh luáût Newton vaì âæåüc goüi laì vuìng chaíy phi Newton. ÅÍ vuìng naìy âäü nhåït biãøu kiãún giaím khi váûn täúc træåüt gia tàng. Nhaïnh naìy âæåüc goüi laì nhaïnh cáúu truïc. 2. Âäü nhåït Âäü nhåït laì mäüt thäng säú quan troüng trong quaï trçnh gia cäng polymer, noï thãø hiãûn khaí nàng chäúng laûi sæû chaíy cuía læu cháút. Vãö baín cháút, âäü nhåït thãø hiãûn hiãûu quaí cuía viãûc truyãön âäüng læåüng giæîa caïc låïp trong quaï trçnh chaíy cuía læu cháút. Âäü nhåït phuû thuäüc chuí yãúu vaìo caïc yãúu täú sau: Hçnh 2.2:Caïc yãúu täú aính hæåíng âãún âäü nhåït ÅÍ pháön træåïc, ta âaî xeït sæû aính hæåíng cuía täúc âäü træåüt vaì æïng suáút træåüt lãn âäü nhåït cuía hãû thäúng polymer. Trong pháön naìy, chuïng ta xeït âãún 2 yãúu täú khaïc, âoï laì aïp suáút vaì nhiãût âäü, hai thäng säú quan troüng cuía quaï trçnh gia cäng, chuïng aính hæåíng âãún âäü nhåït âäi khi ráút maûnh meî vaì âæa âãún nhæîng báút ngåì nãúu chuïng ta khäng læu tám âãún noï. - Sæû phuû thuäüc vaìo aïp suáút cuía âäü nhåït: Aính hæåíng cuía aïp suáút lãn âäü nhåït cuía polymer laì mäüt váún âãö ráút quan troüng trãn lyï thuyãút cuîng nhæ trãn thæûc tãú. Trong thæûc tãú, khi gia cäng, hãû polymer chëu aïp suáút lãn âãún vaìi tràm (nhæ træåìng håüp trãn), coï khi lãn âãún vaìi ngaìn (nhæ âuïc aïp suáút) atm, cho nãn aính hæåíng cuía aïp suáút âãún âäü nhåït cuía hãû polymer coï thãø dáùn âãún caïc sai lãûch caïc thäng säú kyî thuáût cuía quaï trçnh nãúu ta sæí duûng säú liãûu âäü nhåït åí aïp suáút thæåìng âãø tênh. Kãút quaí nghiãn cæïu sæû phuû thuäüc cuía âäü nhåït vaìo aïp suáút cuía polymer cho tháúy åí aïp suáút khäng cao làõm, kãút quaí tæång tæû nhæ åí håüp cháút tháúp phán tæí: η p = η 0 .e σ.p (2 − 1) η p , η 0 : âäü nhåït åí aïp suáút p vaì aïp suáút thæåìng. σ : hãû säú aïp suáút cuía âäü nhåït, sæû thay âäøi aïp suáút coìn aính hæåíng âãún nhiãût âäü hoaï thuyí tinh cuía hãû polymer. Khi tàng aïp suáút, noïi chung Tg tàng, do âoï åí âiãöu kiãûn nhiãût âäü xaïc âënh, Trang 5
âàûc træng nhåït cuía hãû thay âäøi theo P vaì coï thãø xaíy ra caïc quaï trçnh nhæ hoaï thuyí tinh, kãút tinh, laìm thay âäøi tênh cháút váût lyï cuía hãû. - Sæû phuû thuäüc cuía âäü nhåït vaìo nhiãût âäü: Nãúu khäng coï biãún âäøi hoïa hoüc xaíy ra thç khi nhiãût âäü tàng, âäü nhåït cuía hãû thäúng seî giaím 3. Sæû báút äøn âënh cuía doìng chaíy Âäúi våïi nhiãöu polymer åí giaï trë æïng suáút træåüt khoaíng 2.105 Pa. thæåìng xuáút hiãûn hiãûn tæåüng báút äøn âënh cuía doìng chaíy cuía polymer noïng chaíy vaì dung dëch polymer, biãøu hiãûn viãûc xuáút hiãûn nhæîng vãút sàn trãn bãö màût saín pháøm vaì nhiãöu hån næîa laì sæû biãún daûng hoaìn toaìn doìng nhæûa (doìng nhæûa bë xoàõn quàn queo) (melt fracture) khi khaío saït bàòng nhåït kãú mao quaín aïp suáút khäng âäøi. Âiãöu naìy, coï nghéa laì hiãûn tæåüng chaíy Newton åí vuìng váûn täúc træåüt cao hiãúm khi thæûc hiãûn âæåüc trãn toaìn khäúi polymer. Hiãûn tæåüng ràn trãn bãö màût cuía doìng nhæûa âæåüc giaíi thêch laì do sæû báút äøn âënh cuía doìng chaíy åí saït bãö màût thanh mao quaín, nguyãn nhán laì do coï sæû træåüt cuía låïp læu cháút tiãúp xuïc våïi thaình mao quaín. Hiãûn tæåüng doìng nhæûa bë xoàõn laì do sæû báút äøn âënh cuía doìng nhæûa åí âáöu vaìo mao quaín vaì âæåüc keïo daìi âãún âáöu ra khi tàng váûn täúc chaíy cuía læu cháút. Do âoï, hiãûn tæåüng naìy coï thãø âæåüc khàõc phuûc bàòng caïch tàng chiãöu daìi mao quaín. 4. Sæû phuû thuäüc cuía tênh cháút læu biãún cuía Polymer vaìo váûn täúc biãún daûng vaì nhiãût âäü Noïi chung khi tàng váûn täúc biãún daûng thç váût liãûu tråí nãn cæïng hån, æïng suáút keïo âæït tàng, biãún daûng dæ khi âæït giaím, coìn khi tàng nhiãût âäü thç váût liãûu tråí nãn deío hån, biãún daûng khi âæït tàng trong khi âoï æïng suáút keïo âæït giaím. II. Yãúu täú cáúu truïc aính hæåíng âãún tênh cháút cuía polymer Cáúu truïc cuía polymer seî quyãút âënh tênh cháút cuía chuïng. Sæû thay âäøi cáúu truïc seî laìm thay âäøi tênh cháút cuía polymer. Do âoï, viãûc hiãøu biãút mäúi quan hãû giæîa cáúu truïc vaì tênh cháút laì âiãöu cáön thiãút. Tuy nhiãn, näüi dung naìy âæåüc trçnh baìy åí män hoüc lyï hoaï polymer. ÅÍ âáy chè cáön âãö cáûp mäüt säú yãúu täú quan troüng vaì tæång taïc cuía chuïng, âãø ta coï mäüt caïi nhçn täøng thãø cho váún âãö. Trong caïc yãúu täú cáúu truïc quyãút âënh tênh cháút cuía polymer coï thãø kãø âãún: 1, Khäúi læåüng phán tæí trung bçnh vaì âäü âa phán taïn 2, Âäü kãút tinh cuía polymer Polymer trãn quan âiãøm nhiãût âäüng hoüc laì mäüt hãû thäúng khäng âäöng nháút, âäü truìng håüp cuía caïc phán tæí trong hãû thäúng polymer khaïc nhau, cho nãn caïc phæång phaïp xaïc âënh khäúi læåüng phán tæí cuía polymer chè cho biãút giaï trë trung bçnh cuía chuïng. Ngoaìi ra caïc phæång phaïp xaïc âënh khaïc coìn cho biãút âäü âa phán taïn cuía polymer. Vãö màût cáúu truïc, polymer âæåüc chia thaình 2 loaûi: polymer tinh thãø vaì vä âënh hçnh (polymer thuyí tinh). Trang 6
Âàûc tênh quan troüng cuía polymer vä âënh hçnh åí traûng thaïi thuyí tinh laì hãû säú giaín nåí thãø têch beï so våïi traûng thaïi mãöm cao. Âäúi våïi polymer kãút tinh thç thæåìng caïc polymer khäng kãút tinh hoaìn toaìn trãn toaìn khäúi maì coï xen láùn nhæîng vuìng vä âënh hçnh. Cho nãn vãö phæång diãûn naìy chuïng cuîng laì mäüt hãû khäng âäöng nháút trãn quan âiãøm nhiãût âäüng hoüc. Tyí lãû giæîa vuìng kãút tinh so våïi toaìn khäúi polymer trong polymer ràõn goüi laì âäü kãút tinh. Caïc yãúu täú thuáûn låüi cho viãûc kãút tinh cuía polymer laì polymer coï sæû cán xæïng phán tæí, maûch thàóng, êt phán nhaïnh, nãúu coï nhoïm thãú thç nhoïm thãú phaíi khäng cäöng kãönh. Qua sæû khaío saït aính hæåíng cuía caïc yãúu täú cáúu truïc âãún tênh cháút cuía polymer coï thãø nháûn xeït nhæ sau: 1, M P tàng thç tênh cháút cå lyï tàng, âäü nhåït cuía polymer noïng chaíy cuîng nhæ dung dëch polymer vaì khäúi læåüng riãng polymer cuîng tæång tæû. Traïi laûi mäüt säú tênh cháút cuía âäü truyãön saïng, âäü hoaì tan giaím. 2, Polymer kãút tinh coï tênh cháút cå lyï cao hån polymer vä âënh hçnh. Khi âäü kãút tinh tàng thç âäü hoaì tan trong dung mäi, âäü tæång håüp våïi cháút hoaï deío giaím. Quaï trçnh âënh hæåïng (keïo càng) seî häø tråü cho viãûc kãút tinh laìm tàng tênh cháút cuía váût liãûu theo hæåïng keïo vaì tênh cháút âàóng hæåïng cuía váût liãûu cuîng seî tàng lãn trong quaï trçnh âënh hæåïng. Ngoaìi caïc yãúu täú trãn, coìn coï mäüt säú yãúu täú khaïc cuîng aính hæåíng âãún tênh cháút cuía polymer nhæ: - Sæû hiãûn diãûn cuía tênh cháút taûo liãn kãút ngang, tênh âäün tàng cæåìng (coï taïc duûng nhæ nhæîng näúi ngang váût lyï giæîa caïc maûch phán tæí polymer) trong polymer vä âënh hçnh seî laìm tàng tênh cháút cå lyï cuía chuïng. Tuy nhiãn âäúi våïi polymer kãút tinh nãúu caïc hiãûu æïng naìy quaï låïn seî caín tråí sæû kãút tinh vaì laìm giaím tênh cháút cå lyï. - Sæû hiãûn diãûn giæîa caïc nhoïm phán cæûc trong maûch phán tæí laìm tàng nàng læåüng liãn kãút giæîa caïc maûch phán tæí, tênh cháút cå lyï tàng lãn, âäü hoaì tan trong caïc dung mäi phán cæûc giaím. Toïm laûi, cáúu truïc cuía polymer coï aính hæåíng âãún tênh cháút cuía chuïng. Do âoï, noï seî laì mäüt yãúu täú quan troüng giåïi haûn phaûm vi sæí duûng cuía polymer cuîng nhæ phæång phaïp gia cäng chuïng. III. Nhæîng tênh cháút kyî thuáût chuí yãúu cuía váût liãûu polymer Trong quaï trçnh gia cäng polymer, mäüt säú tênh cháút kyî thuáût cuía nguyãn liãûu coï yï nghéa quan troüng, chuïng khäng nhæîng quyãút âënh viãûc læûa choün caïc thäng säú kyî thuáût cuía quaï trçnh saín xuáút maì coìn quyãút âënh viãûc læûa choün phæång phaïp gia cäng vaì tênh toaïn thiãút bë. Vç váûy, tuy caïc nguyãn liãûu âæa vaìo nhaì maïy gia cäng thæåìng coï keìm theo baíng caïc thäng säú kyî thuáût cuía nguyãn liãûu do caïc nhaì saín xuáút cung cáúp nhæng viãûc xaïc âënh caïc tênh cháút kyî thuáût âãø kiãøm tra säú liãûu laì mäüt viãûc cáön thiãút træåïc khi âæa nguyãn liãûu âi gia cäng, vaì cäng viãûc naìy âäi khi khäng thãø boí qua âæåüc nháút laì âäúi våïi quaï trçnh gia cäng trong âoï âoìi hoíi viãûc phäúi liãûu thêch håüp. Trang 7
1. Khäúi læåüng riãng gäüp Âaûi læåüng naìy coìn goüi laì troüng læåüng âäø âáöy, chè coï yï nghéa våïi váût liãûu råìi, âáy cuîng laì daûng thæåìng gàûp cuía caïc nguyãn liãûu polymer. Theo âënh nghéa khäúi læåüng riãng gäüp bàòng tyí säú giæîa khäúi læåüng cuía váût liãûu vaì thãø têch gäüp maì khäúi váût liãûu chiãúm chäø. ρg = m ⎛⎜ kg ⎞ (2 − 5) 3⎟ Vg ⎝ m ⎠ Khäúi læåüng riãng gäüp khaïc våïi khäúi læåüng riãng tháût cuía váût liãûu, thê duû khäúi læåüng riãng gäüp cuía caït khä laì 1200 kg/cm3 trong khi âoï khäúi læåüng riãng tháût laì 1500 kg/cm3. ρ g phuû thuäüc vaìo hçnh daûng, kêch thæåït, mæïc âäü sàõp xãúp chàût cheî cuía váût liãûu. Âáy laì mäüt säú liãûu khäng thãø thiãúu khi tênh toaïn thãø têch pháön chæïa nguyãn liãûu cuía thiãút bë nhæ thãø têch buäöng naûp nguyãn liãûu cuía maïy âuïc aïp suáút, xilo,... 2. Hãû säú neïn eïp Hãû säú neïn eïp K thãø hiãûn sæû biãún âäøi thãø têch cuía khäúi læåüng váût liãûu khi âæa vaìo quaï trçnh gia cäng. Theo âënh nghéa K bàòng tyí säú giæîa thãø têch cuía mäüt læåüng nháút âënh nguyãn liãûu åí daûng chæa taûo hçnh vaì thãø têch cuía noï åí daûng taûo hçnh: ρ K= (2 − 6) ρb ρ : khäúi læåüng riãng cuía saín pháøm ρ b : khäúi læåüng riãng gäüp cuía nguyãn liãûu Hãû säú neïn eïp K phuû thuäüc ráút nhiãöu vaìo aïp suáút eïp vç sæû gia tàng aïp suáút laìm cho váût liãûu bë neïn chàût hån, háûu quaí laì khäúi læåüng riãng cuía saín pháøm tàng lãn. Ngoaìi aïp suáút, âäü neïn eïp coìn phuû thuäüc vaìo traûng thaïi cuía váût liãûu vaì säú liãûu naìy ráút cáön thiãút khi tênh toaïn thiãút kãú caïc maïy âuìn 3. Thaình pháön cåî haût - kêch thæåït haût Âäúi våïi caïc váût liãûu åí daûng haût thç sæû khaïc nhau vãö kêch thæåït haût, âæåìng kênh haût laì yãúu täú quan troüng khi gia cäng váût liãûu. Âàûc træng naìy âæåüc biãút qua thaình pháön cåï haût hay coìn goüi laì phán bäú cåî haût vaì thæåìng âæåüc xaïc âënh bàòng phæång phaïp ráy. Nguyãn liãûu coï kêch thæåïct haût âäöng âãöu seî thuáûn låüi khi gia cäng nhæ träün láùn våïi caïc cháút âãöu hån, sæû gia nhiãût dãù däöng nháút hån... 4. Haìm læåüng áøm vaì caïc cháút dãù bay håi Khi håi áøm vaì caïc cháút dãù bay håi hiãûn diãûn trong nguyãn liãûu låïn hån mäüt giåïi haûn naìo âoï noï seî coï aính hæåíng xáúu âãún cháút læåüng saín pháøm nhæ saín pháøm cong vãnh, bãö màût sáön suìi, coï loïng laïnh aïnh baûc trãn bãö màût... âäöng thåìi noï cuîng aính hæåíng âãún quaï trçnh gia cäng nhæ keïo daìi thåìi gian duy trç aïp suáút trong khi eïp, âàûc biãût laì khi eïp khäng náng chaìy eïp. Haìm læåüng áøm vaì caïc cháút dãù bay håi âuåüc xaïc âënh bàòng âäü chãnh lãûch khäúi læåüng cuía máùu træåïc vaì sau khi sáúy åí âiãöu kiãûn nhiãût âäü vaì thåìi gian xaïc âënh. Thäng thæåìng trong nhaì maïy gia cäng váût liãûu polymer, âãø váût liãûu âaût yãu cáöu vãö haìm læåüng áøm vaì cháút dãù bay Trang 8
håi, caïc váût liãûu thæåìng âæåüc sáúy træåïc khi gia cäng, âiãöu kiãûn nhiãût âäü vaì thåìi gian âæåüc ghi trong caïc taìi liãûu hæåïng dáùn kyî thuáût cuía caïc nhaì saín xuáút nguyãn liãûu cung cáúp. 5. Âäü linh âäüng Âäü linh âäüng laì mäüt âaûi læåüng âàûc træng cho khaí nàng chaíy cuía váût liãûu dæåïi taïc duûng cuía aïp suáút vaì nhiãût âäü. Noï coï mäüt yï nghéa quan troüng âäúi våïi khaí nàng gia cäng váût liãûu. Âäü linh âäüng cao thç váût liãûu chaíy vaìo khuän nhanh, aïp suáút âoìi hoíi khäng cao, khuän láu moìn, kêch thuåïc, hçnh daûng saín pháøm chênh xaïc, cháút læåüng saín pháøm âäöng âãöu. Nhæng váût liãûu coï âäü linh âäüng quaï cao seî cho saín pháøm coï nhiãöu ba via do váût liãûu thoaït ra åí màût giaïp khuän hoàûc caïc khe giæîa loîi taûo hçnh vaì khuän. Âäü linh âäüng cuía váût liãûu phuû thuäüc vaìo: + Baín cháút, hçnh daûng, kêch thæåït cuía phuû gia + Baín cháút cuía nhæûa + Tyí lãû giæîa nhæûa vaì phuû gia + Nhiãût âäü gia cäng + Haìm læåüng cháút bäúc håi, cháút hoaï deío, cháút bäi trån + Váûn täúc chuyãøn traûng thaïi + Bãö màût khuän eïp Mäüt caïch täøng quaït âäü linh âäüng cuía polymer giaím khi tàng haìm læåüng cháút âäün, nháút laì caïc cháút âäün daûng såüi daìi, daûng haût låïn. Âãø tàng âäü linh âäüng cuía váût liãûu ngæåìi ta thæåìng thãm vaìo polymer nhæîng cháút hoaï deío, cháút bäi trån. Biãút âæåüc âäün linh âäüng cuía nguyãn liãûu cho pheïp chuïng ta choün âuïng chãú âäü gia cäng (aïp suáút, nhiãût âäü...). khi gia cäng caïc saín pháøm coï hçnh daûng phæïc taûp, caïc cháút cäút gia cäú, chuïng ta nãn choün nguyãn liãûu coï âäü linh âäüng cao. Sau âáy laì mäüt säú phæång phaïp xaïc âënh âäü linh âäüng cuía váût liãûu polymer: - Phæång phaïp Rasiga Phæång phaïp naìy thæåìng duìng âäúi våïi nhæûa nhiãût ràõn. Raînh taûo hçnh cuía khuän Rasiga coï daûng elip (tiãút diãûn), âáöu trãn cuìng 4x6 mm, âáöu dæåïi 1x4 mm vaì chiãöu cao 250 mm. Âãø xaïc âënh däü linh âäüng thæåìng váût liãûu âæåüc eïp thaình miãún åí nhiãût âäü thæåìng våïi aïp suáút 500 kg/cm2, láúy 7,5 g váût liãûu sau khi âaî eïp cho vaìo khuän, âäút noïng âãún nhiãût âäü 150 ÷ 1600C, eïp trong 3 phuït dæåïi aïp suáút 300 kg/cm2. Chiãöu cao cuía thanh saín pháøm trong khuän thãø hiãûn âäü linh âäüng cuía váût liãûu. Chiãöu cao caìn låïn, âäü linh âäüng caìng cao. - Phæång phaïp duìng nhåït âãø mao quaín aïp suáút khäng âäøi: Âäúi våïi caïc loaûi nhæûa nhiãût deío ngæåìi ta thæåìng duìng âaûi læåüng goüi laì chè säú noïng chaíy ( µ I ) âoï laì säú gam nhæûa deío âuìn âæåüc trong 10 phuït åí âiãöu kiãûn chuáøn âënh bàòng nhåït kãú mao quaín aïp suáút khäng âäøi. Taíi troüng thæåìng sæí duûng chuí yãúu cho caïc loaûi nhæûa chuí yãúu laì: Trang 9
G 0 = 2160 − G ± 10 (g ) G: Taíi troüng cuía Piston Âäúi våïi caïc loaûi nhæûa khäng äøn âënh nhiãût, åí nhiãût âäü cao ngæåìi ta sæí duûng caïc giaï trë taíi troüng sau âáy: G 1 = 5000 − G ± 10 (g ) G 2 = 10000 − G ± 15 (g ) G 3 = 21600 − G ± 20 (g ) Âiãöu kiãûn nhiãût âäü vaì taíi troüng cho caïc loaûi nhæûa khaïc nhau thæåìng cho båíi caïc taìi liãûu kyî thuáût liãn quan hay theo caïc tiãu chuáøn tæû choün: Âiãöu kiãûn Nhiãût âäü Taíi troüng (g) Aïp suáút (kg/cm2) A 125 325 0,457 B 125 2160 3,041 C 150 2160 3,041 D 190 325 0,457 E 190 2160 3,041 F 190 21600 30,41 G 200 5000 7,031 H 230 1200 1,687 I 230 3600 3,343 J 265 12500 17,50 K 275 325 0,457 L 230 2160 3,041 Baíng 2-1: Caïc chãú âäü âo chè säú noïng chaíy Loaûi nhæûa Âiãöu kiãûn âo (theo kyï hiãûu åí baíng 2-5) Acetal C Acrylic H, I Acrylonitril - Butadien - Styren G Cellulose ester D, E, F Nylon K Polyetylen A, B, D, E, F Polypropylen L Polystylen G, H, I Baíng 2-2: Chãú âäü âo chè säú chaíy cuía mäüt säú nhæûa ASTM Standard, Plastic - General Menthods of testing, Part 17, 1964 Âãø giaím sai säú trong viãûc xaïc âënh âäü linh âäüng, ngæåìi ta thæåìng duìng caïc mao quaín daìi (L/D = 15 ÷ 30). Trang 10
- Phæång phaïp duìng deío kãú: Âäúi våïi cao su vaì häùn håüp cao su, ngæåìi ta thæåìng duìng khai niãûm âäü deío. Theo âënh nghéa, âäü deío cuía váût liãûu biãøu diãùn khaí nàng biãún daûng cuía váût thãø dæåïi taïc duûng cuía ngoaûi læûc vaì duy trç biãún daûng naìy khi giaíi phoïng læûc. Âäü deío cuía cao su vaì häùn håüp cao su thæåìng âæåüc xaïc âënh theo 2 loaûi chè säú: 1, Chè säú deío: Biãøu diãùn khaí nàng biãún daûng cuía váût liãûu dæåïi taïc duûng cuía ngoaûi læûc. 2, Chè säú häöi phuûc: Biãøu diãùn khaí nàng duy trç biãún daûng khi boí taíi troüng. Viãûc xaïc âënh âäü deío cuía häùn håüp cao su vãö màût nguyãn tàõc chè coï tênh cháút quy æåïc, vaì giaï trë cuía noï phuû thuäüc vaìo phæång phaïp chuáøn âæåüc choün âãø âo. Caïc phæång phaïp thæåìng sæí duûng âäúi våïi cao su laì: 1, Khaío saït sæû thay âäøi chiãöu cao cuía máùu dæåïi taïc duûng cuía taíi troüng giæîa 2 bãö màût song song, thê duû nhæ træåìng håüp deío kãú Wallace. 2, Khaío saït biãún daûng træåüt cuía váût liãûu giæîa bãö màût chuyãøn âäüng vaì bãö màût âæïng yãn, thê duû duìng nhåït kãú Mooney. Ngoaìi ra, âäü deío cuía cao su cuîng coï thãø âo bàòng nhåït kãú mao quaín aïp suáút khäng âäøi. Trong phæång phaïp âo âäü deío bàòng deío kãú Wallace, ngæåìi ta âo bãö daìy cuía máùu sau khi chëu taïc duûng cuía læûc neïn 10 kg åí nhiãût âäü 1000C trong 15 giáy, bãö daìy máùu træåïc khi neïn laì 1mm. Chè säú Wallace laì bãö daìy máùu sau khi neïn tênh theo 1/100 mm. Do âoï, máùu cao su caìng deío thç chè säú Wallace caìng beï. 6. Váûn täúc âoïng ràõn, thåìi gian âoïng ràõn Thåìi gian âoïng ràõn cuía nhæûa nhiãût ràõn hay thåìi gian læu hoaï cuía cao su laì thåìi gian cáön thiãút âãø váût liãûu dæåïi taïc duûng cuía nhiãût vaì aïp suáút chuyãøn biãún thaình traûng thaïi coï tênh cháút sæí duûng täút nháút. Váûn täúc âoïng ràõn biãøu thë täúc âäü chuyãøn traûng thaïi cuía váût liãûu, chè phuû thuäüc vaìo baín cháút cuía váût liãûu. Tuy nhiãn, thåìi gian âoïng ràõn coìn phuû thuäüc vaìo bãö daìy cuía saín pháøm gia cäng do trong quaï trçnh âoïng ràõn cáön coï sæû dáùn nhiãût maì caïc váût liãûu naìy dáùn nhiãût keïm cho nãn saín pháøm caìng daìy thç thåìi gian âoïng ràõn caìng daìi. Thåìi gian âoïng ràõn cuía nhæûa nhiãût ràõn âæåüc âo bàòng nhåït kãú canavec, coìn thåìi gian læu hoaï cao su thæåìng âæåüc âo bàòng læu hoaï kãú vaì êt duìng hån våïi nhåït kãú Mooney. Nhåït kãú canavec vaì nhåït kãú Mooney thuäüc loaûi nhåït kãú Roto, trong âoï Roto quay tæång âäúi so våïi khuän åí váûn täúc khäng âäøi. Trong khäúi váût liãûu trong khuän máùu, cho Roto chuyãøn âäüng, do aính hæåíng cuía âäü nhåït váût liãûu Roto seî chëu taïc duûng cuía mäüt æïng suáút træåüt. ÆÏng suáút træåüt naìy âæåüc ghi nháûn trãn thiãút bë ghi. Trong quaï trçnh âoïng ràõn váût liãûu, do sæû hçnh thaình maûng læåïi khäng gian, âäü nhåït cuía váût liãûu seî tàng do âoï æïng suáút træåüt ghi nháûn âæåüc seî tàng theo quaï trçnh âoïng ràõn. Tuy nhiãn, âäúi våïi mäüt säú váût liãûu bãn caûnh quaï trçnh âoïng ràõn coìn coï quaï trçnh phán huyí nhiãût laìm giaím âäü nhåït cuía váût liãûu. Do âoï, giaín âäö σ T − t (æïng suáút træåüt - thåìi gian) laì mäüt âæåìng cong coï cæûc âaûi (trong træåìng håüp coï phán huyí nhiãût) hoàûc laì âæåìng cong coï tiãûm cáûn Trang 11
ngang (træåìng håüp khäng coï sæû phán huyí nhiãût). Thåìi gian âoïng ràõn seî laì thåìi gian maì giaï trë σ T âaût cæûc âaûi hoàûc bàõt âáöu nàòm ngang. σ thh: thåìi gian hoaût hoïa târ: thåìi gian âoïng ràõn t thh târ Hçnh 2.3: âæåìng cong læu hoïa Ngoaìi ra, thåìi gian âoïng ràõn, tæì giaín âäö chuïng ta coìn coï thãø xaïc âënh âæåüc thåìi gian hoaût hoaï thh âoï laì thåìi gian maì váût liãûu chæa xaíy ra quaï trçnh âoïng ràõn âaïng kãø vaì váûn täúc âoïng ràõn bàòng âäü däúc cuía âoaûn thàóng trãn giaín âäö: tgα . Viãûc xaïc âënh thåìi gian læu hoaï bàòng læu hoaï kãú vaì læu biãún kãú âäúi våïi häùn håüp cao su cho kãút quaí chênh xaïc hån duìng nhåït kãú Mooney. Âäúi våïi 2 loaûi thiãút bë naìy, thåìi gian læu hoaï âæåüc xaïc âënh bàòng caïch theo doîi tênh nàng cuía váût liãûu khi chëu taïc duûng cuía æïng suáút (hoàûc biãøu diãùn) thuáûn nghëch chu kyì xaïc âënh. Ngoaìi viãûc xaïc âënh thåìi gian âoïng ràõn bàòng caïc thiãút bë trãn, thåìi gian âoïng ràõn coìn coï thãø xaïc âënh bàòng phæång phaïp eïp tæìng báûc. Theo phæång phaïp naìy, máùu váût liãûu âæåüc tiãún haình åí âiãöu kiãûn nhiãût âäü vaì aïp suáút xaïc âënh, nhæng åí thåìi gian khaïc nhau, sau âoï tiãún haình âo tênh nàng sæí duûng cuía caïc máùu naìy vaì thåìi gian âoïng ràõn seî laì thåìi gian eïp cuía máùu coï tênh nàng sæí duûng cao nháút. 7. Âäü co thãø têch Âäü co thãø têch biãøu diãùn sæû giaím thãø têch saín pháøm so våïi kêch thæåïc cå baín cuía vuìng taûo hçnh cuía khuän sau khi âaût tåïi nhiãût âäü bçnh thæåìng. Âäü co thãø têch coï 2 aính hæåíng ngæåüc nhau: laìm dãù daìng láúy saín pháøm ra khoíi khuän vaì gáy ra sæû thiãúu kêch thæåïc cuía saín pháøm. Ngoaìi ra, khi nhiãût âäü co ruït quaï låïn coìn gáy nhiãöu khuyãút táût khaïc nhæ cong vãnh, raûn næït. Hiãûn tæåüng thãø têch bë giaím âi khi âæa vãö nhiãût âäü ban âáöu do 2 nguyãn nhán chuí yãúu: + Sæû giaín nåí nhiãût cuía saín pháøm: + Âäúi våïi caïc nhæûa nhiãût ràõn, trong quaï trçnh âënh hçnh trong khuän, xaíy ra phaín æïng âoïng ràõn taûo maûng khäng gian vaì thæåìng quaï trçnh naìy xaíy ra keìm theo sæû co ruït thãø têch (thãø têch chiãúm chäø cuía polymer beï hån cuía monomer hoàûc preïpolymer). Trang 12
Âäü co thãø têch âæåüc tênh båíi cäng thæïc: % = 100.(VKh − VSp ) / VKh VKh, VSp: thãø têch cuía khuän vaì cuía saín pháøm åí nhiãût âäü phoìng. Âäü co thãø têch phuû thuäüc vaìo nhiãöu yãúu täú, trong âoï coï thãø kãø âãún: + Baín cháút cuía polymer: mäùi loaûi polymer coï giåïi haûn co thãø têch khaïc nhau. Âäúi våïi loaûi nhæûa nhiãût ràõn, âäü co thãø têch coìn phuû thuäüc vaìo mæïc âäü truìng håüp hoàûc truìng ngæng cuía caïc Prepolymer. + Sæû hiãûn diãûn cuía caïc cháút âäün thæåìng laìm giaím âäü co thãø têch + Âiãöu kiãûn gia cäng (nhiãût âäü, thåìi gian laìm nguäüi) coï aính hæåíng âãún âäü co thãø têch cuía saín pháøm. + Baín cháút váût liãûu laìm khuän. Ngoaìi ra, coìn phaíi kãø âãún sæû co thãø têch do sæû máút áøm vaì cháút dãù bay håi trong quaï trçnh gia cäng, loaûi phæång phaïp gia cäng. Thæûc tãú cho tháúy aïp suáút gia cäng vaì thåìi gian læu laûi trong khuän cuía caïc nhæûa nhiãût ràõn khäng aính hæåíng âãún âäü co thãø têch vaì hçnh daïng cuía saín pháøm, chè chëu aính hæåíng cuía sæû biãún daûng gáy ra do sæû co thãø têch xaíy ra trong saín pháøm. Váût liãûu (1) Âäü co (%) Váût liãûu (1) Âäü co (%) Nhæûa nhiãût deío Nhæûa nhiãût ràõn • PMMA 2÷8 • Amino plast • Cellulose acetat (CA) - Melamin formandehit - Cellulose 3 ÷ 10 + Âäün α - xenlulo 4÷8 - Cellulose acetobutirat (CAB) 2÷9 + Âäün amiàng 3÷6 - Cellulose propionat (CP) 1÷9 - Melamin - phenol - formaldehid 4 ÷ 10 • Polyamid - Ureformandehit âäün α - xenlulo 6 ÷ 14 - Loaûi 6 10 ÷ 15 • Diallyl phtalat (DAP) - Loaûi 6 - 6 20 ÷ 30 - Âäün thuyí tinh 1÷5 - Loaûi 6 - 10 10 - Âäü khoaïng 5÷7 - Loaûi 11 7 ÷ 25 - Âäün såüi täøng håüp 4÷9 - Loaûi 11 âäün såüi thuyí tinh 3 • EPOXY - Loaûi 12 12 - Khäng âäün 1÷4 • Polycarbonat 5÷7 - Âäün silic 0,5 ÷ 2 • PVC - Âäün thuyí tinh 1÷5 - Khäng hoaï deío 1÷4 • Phenolplast - Hoaï deío 50% DOP 10 ÷ 50 - Âäün khoaïng, bäüt 4÷8 - PVC clo hoaï 3÷7 - Âäün khoaïng, vaîy 3÷6 • Polyformandehit (poly acetal) - Âäün bäüt gäù 6÷9 Trang 13
Váût liãûu (1) Âäü co (%) Váût liãûu (1) Âäü co (%) - Polyoximetylen (PCM) 20 ÷ 25 - Âäün cellulo, bäüt 6÷9 • Polyolefin - Âäün vaíi, nghiãön bäüt 6÷9 - PELD 20 ÷ 50 - Phenol - Cao su 6 ÷ 10 - PEHD 20 ÷ 50 • Polyestes âäün såüi thuyí tinh tàng - PP 10 ÷ 25 cæåìng • Styren vaì copolymer - Táøm, daûng táúm 0÷2 - PS thæåìng 1÷6 - Táøm, daûng haût 3÷6 - PS ? 2÷8 • Silicon âäün såüi thuyí tinh 0÷6 - Styren - acrylonitril (SAN) 2÷5 - ABS 3÷8 - Styren - acrylonitril 2÷5 - Metacrylat - butadien - styren 2÷8 (MBS) Baíng 2.3: âäü co thãø têch cuía mäüt säú loaûi váût liãûu 8. Nhiãût âäü gia cäng Nhiãût âäü gia cäng træåïc tiãn phuû thuäüc vaìo baín cháút cuía polymer, caïc tênh cháút gia cäng cuía polymer, hçnh daïng, kêch thæåïc cuía saín pháøm. Nhiãût âäü gia cäng coìn phuû thuäüc vaìo phæång phaïp âæåüc choün âãø gia cäng vaì loaûi thiãút bë duìng âãø gia cäng polymer. Viãûc choün âuïng nhiãût âäü gia cäng khäng nhæîng taûo âiãöu kiãûn thu âæåüc saín pháøm cháút læåüng täút maì coìn coï thãø laìm tàng nàng suáút thiãút bë. Traïi laûi, khi choün nhiãût âäü gia cäng khäng thêch håüp seî dáùn âãún nhæîng khuyãút táût trãn saín pháøm nhæ thiãúu kêch thæåïc, tênh cháút cå lyï giaím vaì trong nhiãöu træåìng håüp khäng thãø tiãún haình gia cäng âæåüc. Nhiãût âäü gia cäng cuía caïc nguyãn liãûu khaïc nhau thæåìng âæåüc xaïc âënh bàòng thæûc nghiãûm vaì âæåüc cho båíi caïc taìi liãûu kyî thuáût cuía caïc nhaì chãú taûo nguyãn liãûu. Tuy nhiãn âãø coï cå såí cho viãûc læûa choün nhiãût âäü gia cäng cuía nguyãn liãûu polymer, chuïng ta cáön læu yï âäúi våïi nhæîng âiãøm sau: 1, Âäúi våïi caïc loaûi nhæûa nhiãût ràõn vaì cao su, nhiãût âäü gia cäng âæåüc læûa choün trãn váûn täúc âoïng ràõn (læu hoaï) phuì håüp våïi âiãöu kiãûn thiãút bë vaì âàûc tênh cuía saín pháøm. 2, Âäúi våïi caïc loaûi nhæûa nhiãût deío, chuïng ta cáön chuï yï âãún caïc thäng säú nhiãût nhæ nhiãût âäü chaíy nhåït (Tf), nhiãût âäü hoaï thuyí tinh (Tg) (âäúi våïi polymer vä âënh hçnh), nhiãût âäü noïng chaíy (Tm) (âäúi våïi polymer kãút tinh) vaì nhiãût âäü phán huyí (Tph). Nhiãût âäü gia cäng caïc váût liãûu polymer åí traûng thaïi chaíy nhåït phaíi beï hån Tph vaì låïn hån Tf (hoàûc nhiãût âäün noïng chaíy). Âäúi våïi caïc phæång phaïp gia cäng váût liãûu åí traûng thaïi mãöm cao nhiãût âäü gia cäng nàòm giæîa Tg vaì Tf. Tg coìn laì mäüt thäng säú quan troüng xaïc âënh nhiãût âäü láúy saín pháøm khoíi khuän. Âãø saín pháøm khäng bë biãún daûng khi láúy khoíi khuän thç nhiãût âäü láúy saín pháøm khoíi khuän phaíi beï hån Tg tæì 200C ÷ 300C. Trang 14
Caïc thäng säú Tg, Tf, Tm, Tph phuû thuäüc chuí yãúu vaìo baín cháút cuía polymer, mäüt säú phuû gia coï aính hæåíng êt nhiãöu âãún tênh cháút naìy nhæ cháút äøn âënh nhiãût, caïc polymer hoaï deío... vaì laì nhæîng thäng säú quan troüng cuía polymer. Trang 15
Chæång III NGHIÃÖN, TRÄÜN, TAÛO HAÛT POLYMER Caïc quaï trçnh nghiãön, träün, taûo haût laì nhæîng quaï trçnh chuáøn bë ráút cáön thiãút træåïc khi gia cäng polymer thaình saín pháøm sæí duûng. I. Nghiãön 1. Âënh nghéa vaì muûc âêch Nghiãön laì quaï trçnh laìm giaím kêch thæåïc cuía caïc pháön tæí váût liãûu cæïng. Muûc âêch cuía quaï trçnh nghiãön: - Tàng cæåìng khaí nàng träün láùn giæîa caïc cáúu tæí trong quaï trçnh träün (do taûo kêch thæåïc nhoí hån dáùn âãún khaí nàng phán taïn låïn). - Giuïp cho quaï trçnh sáúy vaì noïng chaíy nhanh hån. - Laìm nhoí phãú liãûu cho nguyãn cäng taûo haût. Nãúu kêch thæåïc cuía haût quaï nhoí thç dãù bë dênh voïn. Do váûy phaíi âiãöu chènh kêch thæåïc cuía haût cho håüp lyï våïi tæìng loaûi polymer (duìng ráy). 2. Thiãút bë nghiãön Coï nhiãöu loaûi thiãút bë nghiãön vaì tuyì thuäüc vaìo loaûi váût liãûu maì sæí duûng caïc loaûi thiãút bë khaïc nhau âãø nghiãön. Caïc maïy nghiãön thæåìng âæåüc duìng nháút laì: maïy âáûp våî hçnh truû troìn, maïy nghiãön buïa, maïy xay dao, maïy nghiãön dinh, maïy nghiãön truûc caïn Dæûa vaìo kêch thæåïc haût, traûng thaïi váût liãûu, sæû phán loaûi kêch thæåïc âãø choün caïch vaì thiãút bë nghiãön phuì håüp. Caïc maïy kãø trãn sæí duûng caïc taíi troüng khaïc nhau âãø nghiãön váût liãûu nhæ maïy nghiãön truû troìn duìng taíi troüng neïn, maïy nghiãön dao duìng taíi troüng càõt, maïy nghiãön dinh duìng læûc va âáûp vaì sæû chaì xaït. Trong caïc loaûi trãn, maïy nghiãön dao coï yï nghéa hån caí vç noï thêch håüp âãø nghiãön nhæîng polymer coï æïng duûng räüng raîi nháút vaì duìng âãø laìm nhoí phãú liãûu cho nguyãn cäng taûo haût. Täúc âäü cuía maïy nghiãön dao tæì 12 ÷ 14 m/s, khoaíng caïch giæîa caïc læåîi dao cäú âënh vaì læåîi dao di âäüng tæì 0,25 ÷ 0,5 mm. Nàng suáút nghiãön phuû thuäüc vaìo kêch thæåïc váût liãûu cáön âaût âæåüc, noï nàòm trong khoaíng 10 kg/h ÷ 2500 kg/h. II. Träün 1. Âënh nghéa vaì muûc âêch Träün laì quaï trçnh taûo ra sæû dëch chuyãøn tæång âäúi giæîa caïc váût liãûu cáön pha träün våïi nhau cho âãún khi sæû phán bäú giæîa chuïng âæåüc âãöu khàõp. - Muûc âêch: + Träün âãöu vaì phán bäú caïc loaûi váût liãûu khaïc nhau trong häùn håüp (polymer, phuû gia, âäün, maìu...). + Trong khi gia cäng quaï trçnh träün coìn häø tråü cho viãûc truyãön nhiãût giuïp cho khäúi váût liãûu coï nhiãût âäü âäöng âãöu. Trang 16
+ Ngoaìi ra nãúu häùn håüp åí daûng Past thç quaï trçnh träün coìn laìm nhuyãùn vaì deío váût liãûu, taûo âiãöu kiãûn thuáûn låüi cho quaï trçnh gia cäng nhæ caïn. 2. Âàûc âiãøm cuía quaï trçnh träün Trong quaï trçnh träün seî xuáút hiãûn caïc æïng suáút låïn sinh ra do caïc bäü pháûn cuía thiãút bë chuyãøn âäüng tæång âäúi gáy ra. Âiãöu naìy dáùn âãún mäüt säú hãû quaí sau: + Sæû gia tàng nhiãût âäü cuía khäúi váût liãûu do näüi nhiãût sinh ra do ma saït, cuìng våïi sæû gia nhiãût bãn ngoaìi, váût liãûu tæì daûng råìi (thæåìng gàûp âäúi våïi caïc loaûi nhæûa nhiãût deío vaì nhiãût ràõn), âäü deío tháúp (træåìng håüp cao su vaì nhæûa) chuyãøn sang traûng thaïi liãn tuûc coï âäü mãöm deío nháút âënh. Quaï trçnh naìy goüi laì quaï trçnh laìm mãöm (coìn goüi laì quaï trçnh deío hoaï hay nhæûa hoaï). Thäng thæåìng, 2 quaï trçnh träün vaì laìm mãöm xaíy ra âäöng thåìi. + Dæåïi taïc duûng cuía æïng suáút cå hoüc låïn, seî xaíy ra quaï trçnh càõt âæït maûch phán tæí taûo nhæîng gäúc tæû do vaì quaï trçnh kãút håüp caïc gäúc naìy laûi. Âiãöu naìy coï aính hæåíng âãún tênh nàng gia cäng vaì tênh nàng suí duûng cuía polymer + Sæû chuyãøn âäüng tæång âäúi giæîa caïc bäü pháûn cuía thiãút bë seî taûo nãn nhæîng biãún daûng træåüt trong khäúi váût liãûu giuïp cho viãûc phán taïn caïc phuû gia vaìo khäúi thiãút bë polymer. Hiãûu quaí cuía quaï trçnh phán taïn theo kiãøu naìy phuû thuäüc chuí yãúu vaìo: • Biãún daûng træåüt gáy ra trong häùn håüp, • Cháút læåüng cuía khäúi häùn håüp sau khi träün phuû thuäüc vaìo tênh nàng bãö màût cuía 2 pha: Âäúi våïi mäùi loaûi váût liãûu polymer, cáön phaíi choün mäüt chãú âäü träün thêch håüp nhàòm âaím baío 2 yãu cáöu: + Âaím baío träün âãöu maì váùn duy trç âæåüc tênh nàng cå lyï cuía saín pháøm åí mæïc âäü cao nháút. + Âaím baío khaí nàng gia cäng trong quaï trçnh tiãúp theo thuáûn låüi nháút. 3. Thiãút bë träün - Tuyì thuäüc vaìo muûc âêch vaì trang thaïi váût liãûu khaïc nhau maì ngæåìi ta sæí duûng caïc thiãút bë träün khaïc nhau mäüt caïch håüp lyï. Vê duû: Maïy träün lãûûch ly tám: PS, PE, PP, PMMA, maïy khuáúy caïch khuáúy chæî Z: PVC... - Caïc váût liãûu daûng loíng hoàûc bäüt nhaîo nhæ âiãöu chãú bäüt nhaîo PVC cuîng âæåüc thæûc hiãûn trong maïy khuáúy. Nhæîng maïy khuáúy naìy coï kêch thæåïc nhoí, truûc khuáúy thàóng âæïng, quay trong thuìng truû troìn. Tuyì thuäüc vaìo yãu cáöu cäng nghãû maì thuìng khuáúy coï thãø coï 2 låïp âãø âun noïng hoàûc laìm nguäüi. - Mäüt säú træåìng håüp khi träün cáön traïnh khäng cho khäng khê láùn vaìo váût liãûu, ngæåìi ta thæåìng träün chuïng trong caïc maïy khuáúy kên vaì coï båm chán khäng âãø taûo chán khäng cho thiãút bë. - Âäúi våïi caïc váût liãûu daûng haût coï kêch thæåïc khaïc nhau, âãø träün caïc phuû gia daûng bäüt, ngæåìi ta thæåìng sæí duûng maïy träün hçnh tang quay. Trong quaï trçnh chuïng chuyãøn âäüng ngæåüc chiãöu chuïng âæåüc têch âiãûn vaì nhæ váûy caïc phán tæí phuû gia seî baïm vaìo caïc haût váût liãûu. Âãø quaï trçnh träün coï hiãûu quaí, säú voìng quay cuía maïy åí vaìo khoaíng 25 ÷ 35 voìng/phuït. Trang 17
- Âãø taûo ra caïc häùn håüp åí daûng bäüt, ngæåìi ta thæåìng duìng loaûi maïy träün nghiãön phäúi håüp coï säú voìng quay nhanh. + Pháön cuäúi cuía caïnh khuáúy cuía thiãút bë naìy âaût våïi täúc âäü 40 m/s. täúc âäü låïn coï taïc duûng taûo sæû nghiãön. + Caïnh gaût coï taïc duûng ngàn caín sæû dëch chuyãøn quay daûng xoàõn âãø taûo sæûu dëch chuyãøn tæång âäúi cuía caïc pháön tæí váût liãûu våïi nhau täút hån vaì tæì âoï cuîng taûo âæåüc nhiãût do ma saït. + Trong træåìng håüp cáön thiãút coï thãø tàng nhiãûût âäü bàòng caïch nung noïng nhåì hãû thäúng nung. Tuyì thuäüc vaìo yãu cáöu cuía viãûc träün maì coï thãø nung âãún 1400C. + Nhiãût âäü cuía váût liãûu trong maïy khuáúy nguäüi khoaíng 350C (âãø giæî khäng cho váût liãûu bë voïn laûi). + Thåìi gian träün noïi chung laì ngàõn, khoaíng 10 phuït. - Âãø laìm deío váût liãûu maïy träün truûc vêt (âàûc biãût laì nhiãöu truûc vêt) cuîng âæåüc dæí duûng räüng raîi (hçnh trang bãn). - Âãø phäúi träün häùn håüp coï læåüng cháút âäün låïn (nhæ håüp pháön cao su) ngæåìi ta duìng loaûi maïy träün kên. Âäúi våïi loaûi naìy nhiãût sinh ra låïn do âoï thãø têch khäng quaï 300 lêt - Maïy träün håí (coìn goüi laì maïy caïn 2 truûc) âæåüc sæí duûng ráút nhiãöu trong gia cäng cao su. Ta seî âi sáu vaìo nghiãn cæïu thiãút bë naìy: 4. Träün giaïn âoaûn trãn maïy träün håí: a. Âàûc âiãøm Do cáúu taûo vuìng laìm viãûc cuía maïy caïn 2 truûc heûp nãn quaï trçnh träün trãn maïy caïn 2 truûc coï nhæîng âàûc âiãøm sau: - Hiãûu quaí träün tháúp nãn thåìi gian cuía mäüt chu kyì träün daìi, nàng læåüng tiãu täún cho âån vë khäúi læåüng nguyãn liãûu låïn so våïi caïc thiãút bë khaïc. - Cäng nhán thao taïc nàûng nhoüc, váút vaí. - Tênh cháút an toaìn tháúp, vãû sinh cäng nghiãûp keïm: buûi nhiãöu vaì noïng. Tuy nhiãn, loaûi maïy caïn 2 truûc coï mäüt säú æu viãût maì maïy träün kên khäng coï âæûåc nhæ: - Tênh nàng sæí duûng nhiãöu: coï thãø sæí duûng cho nhiãöu muûc âêch khaïc nhau nhæ caïn táúm, träün, gia nhiãût... Trong âoï coï nhæîng chæïc nàng maì maïy träün kên khäng thæûc hiãûn âæåüc caïn táúm. - Vãö màût hiãûu quaí kinh tãú, thæûc tãú cho tháúy maïy caïn 2 truûc nàng suáút nhoí seî coï hiãûu quaí kinh tãú hån. b. Cáúu taûo vaì phán loaûi Trong cäng nghiãûp cao su (cäng nghiãûp gia cäng) vaì cháút deío, maïy caïn 2 truûc âæåüc sæí duûng cho nhiãöu cäng viãûc khaïc nhau: så luyãûn cao su, träün vaì nhæûa hoaï caïc häùn håüp cao su vaì cháút deío, caïn táúm, gia cäng häù håüp nguyãn liãûu træåïc khi nháûp liãûu lãn maïy caïn traïng hoàûc maïy âuìn truûc vêt, nghiãön mën, loaûi boí caïc váût liãûu såüi trong polymer nhæ khi taïi sinh cao su vaì nhæûa deío... * Cáúu taûo: Trang 18
Vãö màût cáúu taûo, maïy caïn 2 truûc thuäüc loaûi maïy caïn truûc quay, laìm viãûc giaïn âoaûn. Cuûm chi tiãút laìm viãûc laì 2 truûc räùng, âàût song song trãn cuìng mäüt màût phàóng nàòm ngang. Caïc truûc naìy quay quanh truûc cuía mçnh våïi váûn täúc khaïc nhau, ngæåüc chiãöu. Tyí säú váûn täúc daìi giæîa 2 truûc âæåüc goüi laì tyí täúc f: v2 f= (v 2 > v 1 ) (1) v1 Tyí täúc naìy laì mäüt thäng säú quan troüng cáön læu yï khi sæí duûng maïy caïn 2 truûc. Tyí täúc f caìng låïn thç æïng suáút taïc duûng caìng låïn, sæû phaï våí cáúu truïc caìng maûnh vaì nhiãût sinh ra caìng nhiãöu. Vç thãú, âäúi våïi caïc maïy coï chæïc nàng laì nghiãön, caïn phaï coï f ráút låïn (lãn âãún 4) coìn caïc maïy duìng âãø träün caïc váût liãûu polymer thç tyí täúc gáön bàòng 1 nhàòm giaím båït quaï trçnh càõt âæït maûch phán tæí khi träün. Váût liãûu gia cäng khi âæa vaìo maïy bë caïc truûc quay theo chiãöu gàûp nhau keïo vaìo khoaíng giæîa 2 truûc (cuìng biãún daûng) nhåì caïc læûc liãn kãút näüi vaì læûc ma saït cuía váût liãûu våìi bãö màût truûc caïn. Læûc càõt vaì læûc neïn caìng gia tàng khi váût liãûu caìng âi sáu vaìo khe truûc tæång æïng våïi sæû gia tàng cuía æïng suáút træåüt vaì æïng suáút neïn. Caïc æïng suáút naìy gáy biãún daûng trong khäúi váût liãûu vaì sæû chaíy cuía váût liãûu qua khe truûc. Caïc biãún daûng truûc taûo nãn bãö màût tiãúp xuïc måïi giuïp quaï trçnh phán taïn caïc phuû gia vaìo khäúi polymer dãù daìng hån. Caïc æïng suáút phaït minh caìng låïn, biãún daûng caìng maûnh meî khi tyí täúc caìng cao vaì khe håí truûc caìng beï. Dæåïi taïc duûng cuía ma saït näüi vaì ngoaûi, khäúi váût liãûu seî noïng lãn dãù daìng taûo thaình mäüt khäúi âäöng nháút vaì liãn tuûc. Ra khoíi khe truûc, táúm váût liãûu thæåìng baïm vaìo khe truûc noïng hån, nhaïm hån, coï váûn täúc låïn hån (coï taìi liãûu ghi váût täúc beï hån). Âãø âaût âæåüc âäü âäöng nháút vaì sæû mãöm deío cáön thiãút thæåìng khi gia cäng trãn maïy caïn 2 truûc váût liãûu âæåüc cho qua khe håí truûc nhiãöu láön. * Phán loaûi Viãûc phán loaûi maïy caïn 2 truûc thæåìng dæûa trãn muûc âêch vaì caïch bäú trê truyãön âäüng giæîa caïc truûc. Tuyì theo muûc âêch sæí duûng, ngæåìi ta chia maïy caïn 2 truûc thaình nhæîng nhoïm chênh nhæ sau: - Maïy caïn táúm: Duìng âãø träün hãû læu hoaï vaì häùn håüp cao su tæì maïy träün kên âæa sang vaì xuáút táúm váût liãûu. Maïy naìy coï tyí täúc tæì 1 ÷ 1,07. - Maïy caïn âäút noïng: Duìng âãø gia nhiãût cho häùn håüp váût liãûu polymer âãún nhiãût âäü cáön thiãút træåïc khi âæa sang maïy caïn nhiãöu truûc hoàûc maïy âuìn truûc vêt. Maïy caïn âäút noïng coï tyí täúc khoaíng 1,22 ÷ 1,27. - Maïy caïn träün: thæåìng duìng vaìo viãûc laìm mãöm cao su træåïc khi häùn luyãn, träün vaì nhæûa hoaï häù håüp nhæûa. Maïy caïn träün coï tyí täúc 1 ÷ 1,07. Trong sæí duûng, 3 loaûi maïy caïn trãn âæåüc sæí duûng láùn läün nhæ nhau. - Maïy caïn âáûp: Duìng âãø nghiãön så bäü cao su cuî, ebonic... trong quaï trçnh taïi sinh nguyãn liãûu, bãö màût coï raînh, tyí täúc 2,42 ÷ 2,55. - Maïy caïn nghiãön: Duìng âãø nghiãön mën cao su cuî, ebonic, nhæûa nhiãût ràõn... bãö màût truûc thæåìng laïng, tyí täúc 2,55 ÷ 4. Trang 19
- Maïy caïn loüc: Duìng âãø laoüi caïc váût liãûu såüi, caïc cháút báøn cå hoüc trong bäüt cao su cuî træåïc khi tiãún haình taïi sinh, truûc caïn coï cáúu taûo âàûc biãût låïn åí giæîa, nhoí åí hai âáöu giäúng nhæ quaí bom. - Maïy caïn thê nghiãûm: Duìng âãø chuáøn bë máùu trong caïc phoìng thê nghiãûm, âàûc tênh giäúng 3 loaûi âáöu nhæng kêch thæåïc beï hån. c. Cå såí váût lyï cuía quaï trçnh naûp liãûu maïy caïn 2 truûc Quaï trçnh gia cäng váût liãûu polymer trãn maïy caïn 2 truûc chè xaíy ra trong vuìng biãún daûng, nghéa laì trong khoaíng khäng gian giåïi haûn båíi 2 cung A1C1 vaì A2C2 vaì trãn suäút chiãöu daìi laìm viãûc cuía truûc caïn. Mäüt säú âënh nghéa: - Goïc äm: laì goïc taûo thaình tæì nhæîng âæåìng thàóng näúi liãön tám 2 truûc caïn vaì truûc vectå keïo tæì tám truûc âãún vë trê ngoaìi cuìng., taûi âoï coï sæû tiãúp xuïc cuía nguyãn liãûu våïi bãö màût truûc (α 1 , α 2 ) . - Cung äm: Laì âoaûn cung nàòm trãn bãö màût truûc caïn, coï goïc åí tám âuïng bàòng goïc äm. A 1C1 , A 2 C 2 laì cung äm. αi l = 2.Π.R i . = 0,0175.R i .α 1 (2) 360 Ri: Baïn kênh truûc α i : goïc äm Nhçn chung, quaï trçnh gia cäng trãn maïy caïn 2 truûc laì mäüt quaï trçnh cå nhiãût phæïc taûp keìm theo caïc hiãûn tæåüng hoaï hoüc, cå hoaï, lyï hoaï. Sau âáy, chuïng ta chè xeït âãún âiãöu kiãûn âãø khäúi váût liãûu âi vaìo khe håí truûc cuía maïy caïn. Do doìng chaíy doüc theo truûc cuía caïn khäng âaïng kãø, nãn chuïng ta chè xeït trãn tiãút diãûn thàóng goïc våïi truûc caïn. Cho hãû toaû âäü Oxy (O laì trung âiãøm cuía O1O2) nhæ hçnh veî. Caïc læûc taïc duûng lãn hãû gäöm coï: G: læûc troüng træåìng N1, N2: phaín læûc cuía 2 truûc Trang 20