giáo trình Công nghệ chất dẻo phần 3

Chia sẻ: Thái Duy Ái Ngọc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

265
lượt xem 134
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

độ bền nén cong xoay chiều của một vài loại nhựa nhiệt dẻo 2.7.3 Đồ thị Woehler kết quả thí nhiệm chấn động rung trong thời gian dài cho thấy biên độ hiệu ứng càng cao thì hiện tượng gãy ( đứt ) cũng xãy ra càng nhanh. Tương quang giữa biên độ hiệu ứng và số lần chịu tác động được ghi lại bằng đồ thị Woehler. Đó là một biểu đồ phân chia theo biên độ lorarith với mục đích diễn tả sốgiới hạng NG....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: giáo trình Công nghệ chất dẻo phần 3

33 độ bền nén cong xoay chiều của một vài loại nhựa nhiệt dẻo 2.7.3 Đồ thị Woehler kết quả thí nhiệm chấn động rung trong thời gian dài cho thấy biên độ hiệu ứng càng cao thì hiện tượng gãy ( đứt ) cũng xãy ra càng nhanh. Tương quang giữa biên độ hiệu ứng và số lần chịu tác động được ghi lại bằng đồ thị Woehler. Đó là một biểu đồ phân chia theo biên độ lorarith với mục đích diễn tả số lần tác động lên thanh thí nghiệm. σA : Biên độ hiệu ứng có thể chịu đựng cho đến lúc gãy N : Số lần tác động NG : Số lần tác động giới hạn Đồ thị Woehler ( đơn giản ) Vùng độ bền chấn động ( theo thời gian ) và độ bền cố định được phân ranh giới trên đồ thị Worhler bởi số lần chịu tác động giới hạng NG. Đồ thị Woehler của một vài loại nhựa nhiệt dẻo điển hình 2.7.4 Một số định nghĩa trong đồ thị Woehler: Độ bền chấn động cố định σD là hiệu ứng chấn động của vật liệu tương ứng với hiệu ứng trung bình σm trong những lần chịu đựng tác động không xãy ra hiện tượng gãy. σD = σm ± σa Nhiều loại nhựa không có độ bền chấn động cố định, biên độ hiệu ứng của chúng σa giảm dần theo sự gia tăng của số lần chịu tác động N. Như thế phải dựa vào độ bền theo thời gian, PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
34 Có nghĩa là mổ i hiệu ứng, với hiệu ứng trung bình σm cho trước, chỉ xác định trong khoảng thời gian nhất định hay số lần có thể chịu tác động N của thanh thí nghiệm. σD (N) = σm ± σa (N) Đồ thị Woehler chỉ xác định được hiệu ứng trung bình σm của một loại nhựa với điều kiện các biểu tượng vật liệu của nó phải được biết trước v/d như độ bền kéo và nén với chấn động. Biểu tượng trong vùng nén cũng gần giống như trong vùng kéo, cho nên hiệu ứng nén chỉ áp dụng trong tính toán thông qua từ những biểu tượng trong vùng kéo. Sự tổng hợp của biên độ hiệu ứng chịu đựng σa theo biến số hiệu ứng trung bình σm được diễn tả trong đồ thị độ bền cố định hay độ bền theo thời gian. Sơ đồ độ bền-theo thời gian hay -cố định độ bền theo thời gian của POM 2.8 Thí nghiệm độ cứng (rắn) Các phương pháp Thí nghiệm với chất dẻo (nói chung ). Thí nghiệm nén. DIN 53454 Thí nghiệm tách rời đố i với tấm nhựa ép với nhiều tầng DIN 53463 Thí nghiệm với chất dẻo xốp cứng. Thí nghiệm nén DIN 53421 Thí nghiệm với cao-su tổng hợp. Xác định độ cứng biến dạng. DIN 53514 Thí nghiệm chất dẻo xốp đàn hồ i-mềm. DIN 53577 Thí nghiệm với chất dẻo đàn hồ i. Xác định biến dạng nén DIN 53572 Dụng cụ cho thí nghiệm độ cứng DIN 51524 Thí nghiệm Brinell DIN 51351 Thí nghiệm Rockwell DIN 50103 Thí nghiệm Schore A, C và D DIN 53505 Xác định độ cứng của cao su với áp lực bi sắt DIN 53519 Thí nghiệm với nhựa bọt đàn hồ i mềm. Xác định trị số độ cứng DIN 53576 Độ cứng của vật liệu là tính ứng kháng của nó được biểu hiện khi bị làm biến dạng bởi lực tác động từ bên ngoài. Trong trường hợp này là độ bền nén. Tuy nhiên một trị số cho độ cứng của vật liệu rất khó định nghĩa. Người ta phải dựa vào ứng dụng của mổ i loại vật liệu để xác định cho chúng một phương pháp thí nghiệm thích nghi PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
35 2.81 Bảng so sánh độ cứng Mohs Một phương pháp đo độ cứng được biết trước đây khá lâu được gọi là bảng so sánh độ cứng Mohs với 10 bậc, mổ i bậc là những trị số của khoáng vật liệu được biết trước và được phân định từ mềm đến cứng với phấn ( viết bảng ) = 1, thạch cao = 2 ………kim cương = 10. Những bậc này được xem như những chuẩn định để so sánh với vật liệu nhựa thí nghiệm. Người ta phải dự kiến trước với rất nhiều khả năng để đo độ cứng và trên thực tế tự trong mổ i lĩnh vực vật liệu giới hạn như kim loại hay chất dẻo nhiều trị số độ cứng khác nhau với phương pháp này. 2.8.2 Độ bền nén Với thí nghiệm nén theo DIN 53454, vật thí nghiệm có hình dáng hột súc xắc hay ống tròn, và được đặt giữa hai bệ của máy nén. Khi chịu tác động bởi lực nén vật thí nghiệm sẽ bị biến dạng và sự biến dạng này lệ thuộc vào lực tác động được ghi trên biểu đồ. Tương tự như trong thí nghiệm kéo, lực kéo cao nhất rất quan trọng vì độ bền nén chính là lực cao nhất tác dụng vào diện tích mặt cắt ngang ( lúc ban đầu ) của vật thí nghiệm. Lực tác động cao nhất được xác định ngay liền trong thời điểm xãy ra hiện tượng gãy và như thế “độ bền nén” hay “độ bền gãy “ cũng tương tự như nhau. Trong những trường hợp khác thì hai trị số này khác nhau. Hiện tượng gãy chỉ xãy ra đối với các loại nhựa cứng và dễ vỡ. Thí nghịệm độ cứng theo DIN 53453 với phương pháp nén không thích hợp với các loại nhựa nhiệt có thuộc tính dai, vì sự biến dạng của chúng gia tăng với sự gia tăng lực tác động nhưng lại không đạt đến giới hạn chảy hay hiện tượng gãy, như vậy ứng dụng này hoàn toàn không có ý nghĩa gì cả. 2.8.3 Thí nghiệm chẻ Một thí nghiệm khác có liên quan đến độ bền nén được nhắc đến đó là thí nghiệm chẻ theo DIN 53463 thường áp dụng cho các các loại chất dẻo cứng được cấu tạo bởi nhiều lớp ép lại với nhau và cũng thích hợp cho các vật liệu khác như giấy cứng, giấy carton, vải vóc...vv.. Vật thí nghiệm được chuẩn bị trước thành những miếng nhỏ có bề dày ít nhất 10 mm theo kích thước 10 mm x 15 mm x 15 mm và được đặt vào vị trí cố định sao cho thiết diện 10 mm x 15 mm thẳng góc với chiều kết hợp của các lớp ép. Một cái chêm bằng thép hình nón, với góc mở 60° và 0,5 mm được xử dụng để chẻ thẳng góc vào mặt thiết diện. Cái chêm này sẽ nén lên thiết diện vật thí nghiệm với một vận tốc đều ( không thay đổ i ) cho đến khi chẻ được thiết diện. Lực tác động cao nhất được gọi là trọng tải chẻ. Thí nghiệm chẻ lên tấm chất dẻo được cấu tạo bởi nhiều lớp ép lại với nhau ( theo DIN 53463 ) 2.8.4 Độ cứng biến dạng Đối với các loại chất dẻo xốp hay đàn hồ i người ta cũng áp dụng thí nghiệm nén để xác định độ cứng của chúng nhưng với nguyên tắc khác. Vật thí nghiệm được chuẩn bị trước có dạng hình trụ với đường kính 10 mm và chiều cao 10 mm, được đặt giữa bệ nén, bên trên nó là tấm truyền lực. Trị số độ cứng chính là sự biến dạng của vật thí nhiệm khi bị tác động bởi lực nén được định trước, điều kiện nhiệt độ 80 °C, và trong vòng 30 giây vật thí nghiệm sẽ bị nén 40 % so với chiều cao lúc ban đầu của nó. Thí nghiệm nện theo DIN 53577 cũng ứng dụng để xác định độ cứng cho nhựa bọt đàn hồ i mềm, vật thí nghiệm có dạng hình vuông 80 mm x 80 mm và bề dày 50 mm, được đặt nằm giữa hai tấm kim loại và lực tác động sẽ nén vật thí nghiệm để làm biến dạng nó v/d 40 %. Lực lớn nhất được được máy nén ghi lại trên bảng đơn vị.. Sau khi tính toán dựa trên diện tích mặt phẳng thẳng góc sẽ cho ra trị số lông chim hay trị số độ cứng nén của nhựa xốp PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
36 theo đơn vị N/ mm². Người ta đo lực nén không phải chỉ qua sự biến dạng nhất định, mà chính là toàn thể hiện tượng biến dạng với biểu đồ biến dạng lực, còn gọi là đồ thị lông chim ( vì có hình dạng giố ng lông chim ). Đối với nhựa xốp không thể xác định độ cứng nén mà chỉ có thể thông qua trị số đo của biểu đồ biến dạng lực. Đồ thị lông chim của nhựa xốp Polyurethan nhựa xốp PVC mềm và 2.8.5 Độ cứng nén bi sắt đối với loại chất dẻo chịu nhiệt Khác với kim loại chất dẻo có thành phần biến dạng đàn hồ i nhờn. Một vật thể sẽ biến dạng khi chịu đựng trọng tải nhưng khi trọng tải mất đi vật thể lại biến dạng trở lại lúc ban đầu ( từng phần hay hoàn toàn ). Do đó chiều sâu dấu ấn của bi sắt đo được không phải chỉ trong thời gian chịu trọng tải mà lệ thuộc cả vào khoảng thời gian biến dạng của nó sau khi không còn chịu trọng tải của bi sắt. Các thí nghiệm của Rockwell, Brinell và Vickers cũng được áp dụng để đo độ cứng của chất dẻo nhưng nguyên tắc khác với đo độ cứng của kim loại. Hai thí nghiệm cơ bản khác nhau được đề cập đến. 2.8.6 Bề sâu dấu ấn lệ thuộc theo thời gian AB = Tác động tạo ra dấu ấn BC = Biến dạng đàn hồ i nhờn ( trái : chịu trọng tấn trong 15 giây, phải 1 giây ) CD = Thư giãn đàn hồi ( không có trọng tải ) DE = Thư giãn đàn hồ i nhờn ( biến dạng trở lại rất chậm ) Với thí nghiệm này, DIN 53456, được áp dụng với bi sắt có đường kin 5 mm, áp lực từ 0,5 đến 10 N tùy theo mổ i loại chất dẻo có độ cứng khác nhau, nén lên bề mặt của vật thí nghiệm. Sau thời gian 10 giậy và sau 60 giây chịu trọng tải sẽ tạo trên bề mặt vật thí nghiệm một dấu ấn có chiều sâu đo được theo thời gian ( biến dạng trườn theo thời gian ). Độ cứng được tính bởi công thức. H = Độ cứng [N/ mm²] P = Trọng tải [N] D = Đường kính bi sắt [mm] t = Bề sâu dấu ấn [mm] PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
37 Dưới đây là bảng trị số độ cứng của các loại nhựa và kim loại đo được với thí nghệm Brinell Polyaethylen tỉ trọng thấp 14- 20 N/ mm² Polyaethylen tỉ trọng cao 18- 30 N/ mm² Polypropylen 65- 80 N/ mm² Nhựa nhiệt dẻo Polystyrol 110 N/ mm² ( Thermoplast ) Polyvinylchlorid cứng 120 N/ mm² Polycarbonat 100 N/ mm² Polyamid 6-6 60- 80 N/ mm² -------------------------------------------------------------------- Phenolharz ( forméca ) 130 N/ mm² Nhựa chịu nhiệt Polyesterharz 130- 200 N/ mm² ( Duroplast ) Epoxidharz 150- 180 N/ mm² -------------------------------------------------------------------- Nhôm ròng 150- 350 N/ mm² Nhôm hợp kim 900- 110 N/ mm² Messing 700- 1400 N/ mm² kim loại Đồng đỏ 600- 1800 N/ mm² Sắt đúc 1400- 2400 N/ mm² Thép tôi 1300- 2500 N/ mm² 2.8.7 Độ cứng Shore đối với các loại chất dẻo mềm. Các loại chất dẻo có đặc tính tương tự như cao su hay được làm mềm bởi các chất phụ gia rất thích hợp với thí nghiệm shore nhưng không phải nhất thiết cho tất cả các loại chất dẻo mềm nói trên đều phải áp dụng thí nghiệm Shore để đo độ cứng. Người ta thực hiện thí nghiệm với đinh thép, một đầu hình nón có hình dáng giống như cây viết chì tà đầu ( Shore A và C ) và Shore D có đầu hình tròn giống như bút bi. Đinh thép ( Shore A, C và D ) sẽ được bắn vào vật thí nghiệm với một lực lớn bằng lò xo. Chiều sâu tạo ra bởi đinh thép được đồng hồ ghi lại và trị số này được ghi lại lần nữa trên bản đơn vị độ cứng Shore, được chia từ 0 ( = không có đối kháng, áp lực lớn nhất ) cho đến 100 ( = đối kháng rất cao, không có áp lực ). Dụng cụ thí nghiệm phải được sử dụng rất cẩn thận, đôi khi không thực hiện được trong phòng thí nghiệm vật lý bình thường mà chỉ có thể thực hiện trong những phòng thí nghiệm đặc biệt ( DIN 53505 ). Thí nghiệm đo độ cứng theo Shore A, C và D ( DIN 53505 ) Ngoài ra thí nghiệm biểu hiện dấu ấn đối với tấm lót sàn nhà cũng có ý nghĩa đặc biệt. Qua đó có thể so sánh được trọng tải khác nhau của đế giày và bàn ghế lên bề mặt của tấm lót sàn nhà. Theo DIN 51955 người ta dùng một con dấu hình trụ có diện tích mặt tiếp giáp 10 mm³ tác động một trọng tải 500 N trong thời gian 24 giờ lên bề mặt tấm nhựa thí nghiệm, sau đó lấy trọng tải ra khỏi dụng cụ thí nghiệm và để tự do trong 24 giờ, rồi mới đo bề sâu dấu ấn. Theo tiêu chuẩn chất lượng định trước, bề sâu dấu ấn chỉ được phép tối đa 0,2 mm. Đó là tiêu chuẩn cho độ cứng an toàn của tấm lót sàn nhà bằng nhựa. Đây là thí nghiệm tiêu chuẩn trong thực tế. PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
38 2.9 Trạng thái ứng nhiệt của chất dẻo Là thuộc tính rất quan trọng luôn được nhắc đến trong quá trình khảo sát lý tính của các loại chất dẻo khác nhau và trị số ảnh hưởng quan trọng nhất trong trạng thái này là nhiệt độ. Từ những kiến thức về trạng thái ứng nhiệt của chất dẻo người ta nắm được chiếc chìa khoá của sự hiểu biết toàn thể về chúng từ tổng quát cho đến những trường hợp cụ thể đặc biệt mà chất dẻo biểu hiện khi có sự thay đổi của nhiệt độ trong gia công chế biến cũng như trong các ứng dụng của chúng. Xác định được với nhiệt độ nào thì thích hợp hay không thích hợp, trong thời gian ngắn hay trong thời gian dài cho ứng dụng của từng loại chất dẻo. Đối với các nhà thiết kế và ứng dụng, biểu hiện cơ nhiệt là câu hỏ i lý thú được đặt ra hàng đầu với những phương pháp xác định trị số nhiệt cũng như độ dãn nhiệt và độ dẫn nhiệt cho từng loại chất dẻo để từ đó xác định được những ứng dụng cho tiến trình chế biến các sản phẩm chất dẻo thích nghi. Đây là chủ đề luôn luôn có hiệu ứng. Kiến thức về nhiệt độ chế biến ( gia công ) là kiến thức quan trọng nhất cho ứng dụng chế biến chất dẻo. Các nhà thiết kế cơ khí, khuôn ấn cho vật dụng bằng chất dẻo cũng phải hiểu biết ở nhiệt độ nào sẽ có những tác động khác nhau của nhiệt lên các cơ phận và cấu thể của chúng. Các nhà xây dựng cũng cần biết đến hiệu ứng nhiệt của chất dẻo để ứng dụng cho các vật liệu xây cất cách nhiệt cũng như phòng và chống cháy. Nói chung những quan tâm đến từ nhiều hướng ứng dụng và ngành nghề phức tạp khác nhau nhưng tất cả đều có chung mục đích là làm sao xác định được trạng thái biến đổi của chất dẻo đối với nhiệt độ. 2.9.1 Sự lệ thuộc của thuộc tính cơ học đối với nhiệt độ Không nhất thiết các thí nghiệm cơ học đều phải được thực hiện với điều kiện nhiệt độ thông thường 23 °C, và chỉ cần điều kiện nhiệt độ thay đổi thì kết quả đo được qua thí nghiệm cơ học cũng không còn chính xác nữa. Người ta có thể nói tổng quát về những ảnh hưởng hưởng của nhiệt độ đối với chất dẻo như sau: Chúng sẽ trở nên rắn, cứng, dòn hơn khi nhiệt độ thấp dần và ngược lại sẽ mềm hơn khi nhiệt độ tăng dần, có nghĩa là sự gia tăng nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến độ bền, độ cứng và độ dai của chất dẻo. Ảnh hưởng của nhiệt dộ cho từng loại chất dẻo cũng khác nhau tùy theo điều kiện vùng nhiệt độ. Ngoài ra chúng có những biểu hiện ở nhiệt độ thường tương tự như thép ở nhiệt độ 500 °C. Nhựa chịu nhiệt ( Duroplaste ) do cấu trúc phân tử đặc biệt nên có những biểu hiện thay đổ i không lớn với nhiệt độ khi so sánh với nhựa nhiệt dẻo ( Thermoplaste ), có nghĩa là nhựa chịu nhiệt có sức chịu đựng nhiệt cao hơn nhựa nhiệt dẻo. Khi đố i chiếu 2 biểu đồ hiệu ứng dãn đổ i nhiệt độ thay đổi trong khoảng 20 đến 200 °C của chất dẻo liên hợp Acryl-Nitril và PVC cứng cho ta thấy Ranh giới khoảng cách của thí nghiệm kéo giãm dần với dự gia tăng của nhiệt độ, trong khi đó độ dãn lớn dần. Đối với PVC cứng dạng đồ thị biến sang trạng thái cao su đàn hồ i khi nhiệt độ bắt đầu trên 75 °C. Vùng chuyển tiếp này thường thấy đối với các loại nhiệt cứng kết tinh từng phần (trong khoảng 70 °C và 100 °C ). Thông thường thì đồ thị hiệu ứng dãn không diễn đạt mà chỉ có đối với độ bền kéo hay độ bền nén cong trong điều kiện lệ thuộc nhiệt độ. PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
39 Độ bền kéo lệ thuộc vào nhiệt độ của một vài loại chất dẻo Độ bền nén cong lệ thuộc vào nhiệt độ của một vài loại chất dẻo Trị số độ bền đo được của 5 loại nhựa nhiệt dẻo nói trên trong thí nghiệm đo độ bền kéo và nén cong trong thời gian ngắn với nhiệt độ từ -60 °C đến +100 °C cho thấy độ bền kéo cũng như độ bền nén cong sẽ giãm đi theo sự gia tăng của nhiệt độ, tuy nhiên sự thay đổi này cũng không đồng bộ có nghĩa là trị số độ bền kéo và độ bền nén cong thay đổ i khác nhau tùy theo mổ i loại chất dẻo. Đối chiếu bảng so sánh dưới đây cho ta thấy Chất liệu Sự thay đổi của độ bền kéo Sự thay đổi của độ bền nén cong khoảng 15 % khoảng 20 % PC khoảng 60 % khoảng 60 % S-PVC khoảng 50 % khoảng 55 % E-PVC khoảng 40 % khoảng 35 % PMMA khoảng 40 % khoảng 50 % PP 2.10 Thuộc tính nhiệt và cơ học của chất dẻo Các thuộc tính kỷ thuật học của chất dẻo được xác định thông qua các yếu tố a) Sự kết nối hóa học lại với nhau từ những nhóm đơn phân tử. b) Cơ cấu sơ cấp của chuỗi phân tử - Cấu trúc theo Liganden - Đồng phân-đầu-đuôi - Đồng phân nổ i - Đồng phân quay - Phân nhánh PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
40 - Hình thành khố i - Sự tiếp ghép - Khố i lượng phân tử - Kết mạng c) Cấu trúc thứ cấp của chuỗi phân tử * Cấu trúc của nhựa nhiệt dẻo ( Thermoplaste ) - Cấu trúc bất định dạng hay ( amorphe Struktur ) - Cấu trúc kết tinh thể từng phần ( teilkristalline Struktur ) * Cấu trúc của nhựa đàn hồi và nhựa chịu nhiệt ( Elastomere và Duroplaste ) - Cấu trúc kết mạng bất định dạng kết tinh thể từng phần kết mạng nhựa nhiệt dẻo (Thermoplaste) nhựa chịu nhiệt (Duromere) 2.10.1 vùng trạng thái nhiệt của chất dẻo Các vật liệu thông thường như kim loại, khoáng chất…đều có cấu trúc tinh thể nhất định và đồng nhất nên các trạng thái rắn, lỏng, khí cùng các trạng thái ứng kháng nhiệt, cơ, hóa lý của chúng cũng tương đối dể khảo sát và dể chuẩn định. Chất dẻo trái lại không có tính đồng nhất cho các cấu trúc tinh thể trong chuỗ i phân tử. Người ta có thể chuẩn định độ nóng chảy của sắt, thủy tinh hay nước, nhưng với chất dẻo chỉ có thể chuẩn định được “vùng trạng thái“ rắn, mềm, dẻo, chảy lỏ ng..vv…Nói cách khác các chất phân tử thấp hiện diện dưới ba trạng thái kết tập, và lệ thuộc vào nhiệt độ của chúng. Năng lượng nhiệt của chuỗi phân tử cao không đủ lớn để bứt rời chuỗ i kết mạng và làm bốc hơi những phân tử riêng rẽ: Trạng thái bốc hơi của chất dẻo không hiện diện ở nhiệt độ phân hủy Tz (hay ZT). Sự lệ thuộc vào cấu trúc phân tử cho thấy những trạng thái khác nhau như sau: Tùy theo cấu trúc phân tử, nhựa được phân chia ra hai loại ♦ Nhựa nhiệt dẻo với cấu trúc bất định dạng (amorph) : có tính trong suốt như thủy tinh. ♦ Nhựa nhiệt dẻo với cấu trúc kết tinh thể từng phần ( teilkristalline ): Thuộc tính của chúng được xác định thông qua tinh thể của kết nối phân tử. Các chất tổng hợp kết mạng như nhựa đàn hồ i (Elastomere), nhựa chịu nhiệt (Duromere) chỉ hiện diện với trạng thái rắn. Tính không đồng nhất của cấu trúc sơ cấp và cấu trúc thứ cấp của nhựa nhiệt dẻo có tác dụng đến giai đoạn chuyển tiếp từ thể rắn sang thể lỏng không giống như những chất phân tử thấp tại một điểm nhiệt độ (v/d điểm nóng chảy). Các phần thể rắn và thể lỏng cùng nhau tồn tại ở phần trên của nhiệt độ làm mềm ET. Chất dẻo trở nên mềm ( plastisch) hay đàn hồ i-nhờn (visko-elastisch) rất dể làm thay đổ i hình dạng (biến dạng dẻo bất định dạng). Bên trên vùng nhiệt độ-kết tinh KT của cấu trúc kết tinh thể từng phần hay bên trên vùng nhiệt độ chảy FT của cấu trúc bất định dạng, chất dẻo hiện diện với trạng thái lỏ ng-dai và quánh rất thích hợp cho các tiến trình ép, đúc và đúc phun . Ở nhiệt độ cao hơn nữa sẽ dẫn đến sự phá vở kết nối nguyên tử trong phân tử và chất dẻo sẽ bị nhiệt phân hủy PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
41 2.10.2 Vùng trạng thái nhiệt ET = Vùng nhiệt độ đông đặc, nhiệt độ làm mềm hay nhiệt độ chuyển thể trong suốt (Tg) FT = Vùng nhiệt độ nóng chảy (Tm) KT = Vùng nhiệt độ nóng chảy tinh thể (Tm) của nhựa-nhiệt kết tinh từng phần. ZT = Vùng nhiệt độ phân hủy. Vùng trạng thái ứng nhiệt các chất thấp phân tử và cao phân tử. Vùng trạng thái ứng nhiệt của các loại chất dẻo ứng nhiệt (v/d : PC, POM, PS, PVC) 2.10.3 Vùng trạng thái ứng nhiệt và thuộc tính cơ học Độ bền xé và độ dãn xé của chất dẻo được xác định bởi cấu trúc các phân tử hợp thành bên trong của chính chúng. Vùng sử dụng tối ưu của chúng thông thường nằm trong vùng độ bền xé cao nhất ♦ Nhựa nhiệt dẻo cấu trúc bất định dạng: Trong vùng nhiệt độ làm mềm ET hay nhiệt độ chuyển thể trong suốt Tg, có độ dãn xé nhỏ, dòn ♦ Nhựa nhiệt dẻo cấu trúc kết tinh thể từng phần: Thuộc vùng giữa nhiệt độ chuyển thể trong suốt ET/Tg và nhiệt độ nóng chảy KT/Tm, có độ dãn xé cao, dai ♦ Nhựa chịu nhiệt: Thuộc vùng bên dưới của nhiệt độ phân hủy ZT. PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
42 2.10.4 Trạng thái nhiệt-cơ của nhựa nhiệt dẻo bất định dạng ( amorphe Thermoplaste ) ET = vùng đông cứng FT = vùng nóng chảy FT = vùng nóng chảy ZT = vùng phân hủy Sơ đồ diễn tả tiến trình nhiệt độ của độ bền kéo và độ dãn trong vùng nhiệt độ từ -100 đến 300 °C Sơ đồ độ bền lệ thuộc nhiệt độ của nhựa nhiệt dẻo cấu trúc bất định dạng cho thấy độ bền và độ dãn của chúng nằm trong vùng nhiệt độ rất lớn từ khoảng -100 °C đến khoảng +300 °C. Ở nhiệt độ thấp chúng có độ bền cao và độ dãn thấp, trị số này đo được thông qua các thí nghiệm đập với thanh thí nghiệm có và không có rảnh. Ngoài ra ở nhiệt độ thấp nhiệt năng của phân tử rất thấp, các đơn nguyên tử có thể co giãm ít trong trạng thái tĩnh. Sự chế ngự của các lực nố i kết và năng lượng chấn động đòi hỏ i chỉ đạt được bên ngoài. Trong trường hợp này người ta gọi là biểu tượng đống băng của các phân tử hay " trạng thái thủy tinh thể " Khi nhiệt độ gia tăng, nhiệt năng cũng tăng theo, sự chấn động nguyên tử lớn dần cho đến khi đạt được năng lượng cần thiết để làm giãm các lực kết nối giữa các chuỗ i phân tử. Trong vùng nhiệt độ dưới ảnh hưởng của các lực bên ngoài sẽ làm thay đổi vị trí các phân tử, kế đến làm thay đổ i vị trí cả cơ cấu chuỗ i phân tử, người ta gọi là " nhiệt độ làm mềm " ( nếu diễn tả từ nhiệt độ cao xuống đến nhiệt độ thấp thì gọi là " nhiệt độ đông đặc " hay " nhiệt độ thủy tinh thể " ). Tương ứng với vùng nhiệt độ này còn gọ i là " vùng hóa mềm „ hay " vùng đông cứng " . Thông thường được gọi chung là " vùng chuyển tiếp ". Trong vùng chuyển tiếp này, trong khoảng 50 °C, thuộc tính cơ học của những chất có cấu tạo đơn phân tử đồng nhất như chất dẻo ứng nhiệt bất định dạng, sẽ thay đổ i rất lớn đối với nhiệt độ, độ bền giãm mạnh và độ dãn gia tăng, chúng có biểu tượng đàn hồ i gần giống như cao su ( tổng hợp ). Trong vùng nhiệt độ chuyển tiếp ( giữa ET và FT ) các chuổ i phân tử sẽ bị kéo dài xa nhau ra, trườn chồng lên nhau, trở nên đàn hồ i nhờn. Đây còn gọi là vùng nhiệt độ gia công phụ, các thành phẫm nhựa được làm cho biến dạng với các phương pháp, uốn cong , dập, cán mỏng, hút chân không ..vv.. Những hình dạng trong trạng thái " nhiệt-đàn hồ i " nói trên phải được làm nguộ i để trở lại vùng nhiệt độ đông cứng để giữ hình dáng không thay đổ i. Khi nhiệt độ gia tăng vượt qua vùng nóng chảy FT, chất dẻo ứng nhiệt biến dạng sang thể lỏng nhờn. Trong vùng nhiệt độ này nhiệt năng của các phân tử rất cao, những chấn động và sự chạm nhau của các phân tử làm cho các lực nố i giữa các chuỗ i phân tử giãm dần cho đến lúc hoàn toàn bị phá vở, nơi đây được gọ i là vùng " nhiệt độ phân hủy ". Sự phân hủy cũng đồng nghĩa với sự giải thể các phân tử thông thường không nhất thiết ở nhiệt độ cao trái lại cũng lệ thuộc vào sự tác dụng lâu dài của nhiệt độ, do đó sự giải thể của các phân tử cũng có thể xãy ra ở nhiệt độ dưới " vùng phân hủy ", và thành phẩm phân hủy sẽ gia tăng nhanh tiếp tục tiến trình phân hủy. Đây là trường hợp của PVC và người ta phải dùng " chất xúc tác nhiệt " để làm chậm đi tiến trình phân hủy. PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
43 2.10.5 Trạng thái nhiệt cơ của nhựa nhiệt dẻo có cấu trúc kết tinh thể từng phần (teilkristalline Thermoplaste) ET = Vùng đông đặc KT = Vùng chảy tinh thể ZT = Vùng phân hủy Sự khác biệt cơ bản trong cấu trúc của chất dẻo ứng nhiệt bất định dạng và kết tinh thể cho ta phân biệt rất rõ thuộc tính nhiệt-cơ của chúng thông qua biểu đồ diễn tả độ bền, độ dãn với tiến trình nhiệt độ. Polyolefine, Polyamid và Polyacetal là những hợp chất cao phân tử quan trọng đại điện cho nhóm nhựa nhiệt dẻo cấu trúc kết tinh thể từng phần ( phân biệt với kết tinh toàn phần ). Ở nhiệt độ thấp nhựa nhiệt kết tinh hiện diện dưới trạng thái đông cứng, dòn tương tự như đố i với chất dẻo ứng nhiệt bất định dạng. Khi nhiệt độ gia tăng, nhưng vẫn còn dưới 0 °C ( vùng đông đặc ), chất dẻo ứng nhiệt kết tinh vẫn còn giữ được độ bền và nhiệt độ chưa đủ sức làm mềm các vùng kết tinh. Trong khi đó đối với nhựa nhiệt dẻo bất định dạng đã bắt đầu chịu tác dụng và độ bền giãm nhanh. Hơn nữa những trị số sử dụng nằm dưới vùng đông đặc của nhựa nhiệt dẻo cấu trúc bất định dạng lại chính là những trị số sử dụng nằm trên vùng đông đặc của nhựa nhiệt dẻo cấu trúc kết tinh thể. Người ta không được phép nhầm lẫn ý nghĩa sự khác biệt của vùng đông đặc đối với hai nhóm nhựa này. Nhựa nhiệt dẻo cấu trúc kết tinh thể từng phần chỉ bắt đầu biến sang thể nhờn khi nhiệt độ tiến dần đến vùng nóng chảy tinh thể (KT). 2.10.6 Trạng thái nhiệt cơ của nhựa nhiệt dẻo và nhựa đàn hồi ET = Vùng đông đặc ZT = Vùng phân hủy Nhựa đàn hồi có cấu trúc kết mạng rời rạc và bất định dạng nhưng về cơ bản không giống như chất dẻo ứng nhiệt bất định dạng ở vùng nhiệt độ chuyển tiếp ( vùng đông đặc ), ở trạng thái đàn hồ i như cao su, độ bền giãm dần khi nhiệt độ gia tăng, cho đến vùng nhiệt độ phân hủy. Đố i với chất dẻo đàn hồ i không có sự hiện diện của trạng thái dẻo-nhiệt ( nhờn ). Ngay từ thời gian đầu đã có sự phân biệt rất rõ giữa nhựa đàn hồ i và nhựa nhiệt dẻo, mặc dù cả hai đều là hợp chất cao phân tử kết mạng đến vùng nhiệt độ phân hủy. Được gọi là nhựa đàn hồ i khi vùng nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh thể ( đối với nhựa nhiệt dẻo cấu trúc bất định dạng ) nằm dưới 0 °C. Được gọi là nhựa nhiệt dẻo khi nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh thể hay nhiệt độ nóng chảy nằm trên 0 °C. PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
44 Tính đàn hồi là hệ quả tiếp theo của những kết nối của chuổ i phân tử. Khi một vật liệu đàn hồi ( v/d cao su mềm ) ở trên vùng nhiệt độ đông đặc bị tác động bởi lực từ bên ngoài chuỗ i phân tử kết nối sẽ bị kéo giãn ra, từ đó tạo ra trạng thái hiệu ứng. Do cấu trúc kết nối của chuỗ i phân tử không giống như kết nối của nhựa nhiệt bất định dạng nên trạng thái hiệu ứng sẽ giãm dần. Hiệu thế bên trong vẫn giữ nguyên cho đến khi lực tác động bên ngoài mất đi thì lực kết nối phứt tạp lại kéo chuỗ i phân tử trở về vị trí lúc ban đầu. Tính đàn hồ i biểu hiện thuận nghịch, không có chảy nhờn và cũng không có biểu hiện biến dạng Phác họa diễn tả thuộc tính cao su-đàn hồi a) a) mạng phân tử ở trạng thái bình thường b) mạng phân tử ở trạng thái bị kéo giãn ra b) 2.10.7 Trạng thái nhiệt cơ của nhựa chịu nhiệt ( Duroplaste ) ZT = Vùng phân hủy Sơ đồ diễn tả sự lệ thuộc nhiệt độ của độ bền và độ dãn của nhựa chịu nhiệt Các loại nhựa chịu nhiệt ( Phenolharze, Harnstoffharze và Melaninharze ), trước khi bắt đầu được chế biến thành những thành phẩm ( v/d dạng khố i ép hay dạng tấm ép có chất phụ gia như giấy hay vải ), hiện diện dưới dạng mềm trước khi cho vào khuôn ép. Dưới tác dụng của „lực ép“ và „ nhiệt năng“ nhựa (harze) nói trên bị chảy ra, đồng thời kết mạng lại với nhau theo phản ứng hoá học và sau đó hoá cứng, song song với phản ứng kết mạng này người ta cũng cho thêm vào các chất phụ gia để gia tăng độ cứng của hổn hợp. Sau khi hoá cứng, chúng có dạng cố định, tuỳ thuộc vào hình dạng khuôn, các thành phẩm đến từ nhựa chịu nhiệt nói trên ( v/d Polyesterharz và Epoxydharz ) sẽ giữ nguyên dạng của chúng trong suốt thời gian sử dụng và không có khả năng biến dạng mềm trở lại như lúc khởi đầu. Tuy nhiên nhựa chịu nhiệt cũng có trạng thái thủy tinh thể trong vùng chuyển tiếp, nhưng chỉ với ý nghĩa tồn tại và thông qua đo đạc của độ bền kéo và độ dãn không còn xác định được nữa. Cả hai thuộc tính này luôn không thay đổ i từ nhiệt độ thấp cho đến nhiệt độ trung bình và chỉ bắt đầu thay đổi khi đạt đến nhiệt độ phân hủy. Như thế sẽ không có sự hiện diện của vùng chuyển tiếp nhiệt trước vùng phân hủy. Đặc tính này hoàn toàn trái ngược lại với nhựa nhiệt dẻo và nhựa đàn hồ i. Mổi tác động cơ học nào từ bên ngoài đều được lực kết mạng tiếp thu; qua đó khi nhiệt độ gia tăng, tạo khả năng dãn dài ra của mạng kết nối, thì các lực kết nối cũng gia tăng theo thích ứng để giữ dạng cố định của mạng. Độ bền kéo của nhựa chịu nhiệt qua đó rất cao và độ dãn cũng rất nhỏ. Với thuộc tính dãn nở rất ít trong mọ i điều kiện nhiệt độ, nên nhựa chịu nhiệt được hổn hợp với chất phụ gia để trở thành chất kết dính ( keo dán ). PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
45 biểu đồ lưu suất đẩy lệ thuộc nhiệt độ của nhựa chịu nhiệt và nhựa đàn hồi Lưu suất đẩy lệ thuộc nhiệt độ của nhựa Lưu suất đẩy lệ thuộc nhiệt độ của nhiệt dẻo bất định dạng và nhựa nhiệt kết tinh nhựa nhiệt kết tinh từng phần Ảnh hưởng của nồng độ kết mạng đối với thuộc Ảnh hưởng của chất làm mềm đố i với tính cơ nhiệt của nhựa chịu nhiệt ( v/d nhựa PF ) thuộc tính cơ-nhiệt của E-PVC 2.10.8 Sự lệ thuộc vào nhiệt độ của lưu suất đẩy và sự giảm dần chấn động. Mổi loại chất liệu cao phân tử đều có riêng những thuộc tính như lưu suất đẩy ( và lưu suất đàn hồ i ), những trị số của lưu suất này lệ thuộc vào yếu tố nhiệt độ. Đây cũng là thuộc tính cơ-nhiệt quan trọng của các vật liệu, và được xác định bởi DIN 7724 E đối với các chất liệu cao phân tử. PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
46 Thí nghiệm chấn động xoắn theo DIN 53445 Đối với lưu suất đẩy và sự giảm chấn động không được đề cập đến trị số thuộc tính kỹ thuật học mà dược thông qua trị số thuộc tính vật lý học. Vì thế không thể xác định những trị số thuộc tính của chúng thông qua những phương pháp máy móc hay những vật thí nghiệp nhất định được. DIN 53445 là một trong những phương pháp được đề nghị có lợi thế với vật thí nghiệm tương đối nhỏ (bề dày 1 mm, ngang 10 mm, dài 60 mm ), và một vật thí nghiệm vừa đủ để đo được với tất cả biến số nhiệt độ. Đặc biệt thích hợp cho thí nghiệm với lực tác động nhỏ ( trọng tải < 10 N/ mm² ). Vật thí nghiệm được kẹp vào hai đầu trên và dưới, nố i liền vào máy đo chấn động, khi lực tác động vào thanh cản tạo ra chấn động xoắn trên thanh thí nghiệm truyền qua bánh quay ( khối lượng chấn động ) và gương phản chiếu ghi lại chấn động qua tia sáng, được tạo ra từ nguồn sáng. Sự ghi lại này có thề là tần số và sự giãm dần của chấn động, từ đó tính được lưu suất đẩy (G ) và hệ số giảm dần ( Λ ) hay hệ số giảm cơ học ( d ). Lưu suất đẩy là một trị số đo độ cứng của vật liệ, hệ số giảm dần Λ là sự mất dần nộ i lực được biểu hiện qua biên độ chấn động. Tần số thay đổ i lệ thuộc vào nhiệt độ trong khoảng từ 0,1 Hz đến 20 Hz, qua đó tần số cao đối với vật thí nghiệm cứng ( nhiệt độ thấp, trạng thái thuỷ t inh thể ), tần số thấp đối với vật thí nghiệm mềm (nhiệt độ cao, trạng thái đàn hồ i cao-su). Từ đồ thị nhiệt độ của lưu suất đẩy và của chấn động giảm dần có thể giải thích được vùng trạng thái và vùng chuyển tiếp. Trị số lưu suất cao và sự giảm ít tượng trưng cho trạng thái đông đặc, sự lệ thuộc rất lớn vào nhiệt độ của trị số lưu suất xuất hiện trong vùng chuyển tiếp. 2.10.9 Sự bền dáng đối với nhiệt ( không thay đổi hình thể dưới tác dụng của nhiệt ) Phương pháp thí nghiệm DIN 53458 Thí nghiệm xác định khả năng chịu nhiệt của các loại chất dẻo. DIN 53462 Dụng cụ thí nghiệm xác định khả năng chịu nhiệt theo Martens DIN 53461 Xác định khả năng chịu nhiệt theo ISO/R 75 DIN 53460 Xác định của nhiệt độ làm mềm Vicat đối với chất dẻo không thể hóc cứng. Vật thí nghiệm ( bằng chất dẻo ) với cấu trúc hình thể nhất định khi chịu tác dụng của nhiệt độ nhất định sẽ phát sinh ứng kháng. Tính ứng kháng này lệ thuộc vào hình thể, cấu trúc khác nhau của mổ i loại chất dẻo. Trị số bền nhiệt cũng tùy thuộc vào các dụng cụ thí nghiệm và chỉ có giá trị cho điều kiện thí nghiệm nhất định. 2.10.10 Phương pháp Marten Phương pháp Marten đã được áp dụng trên 40 năm để các định khả năng chịu nhiệt của nhựa cứng. Thanh chuẩn định có kích thước 120 x 15 x 10 ( mm ). Được đặt thẳng đứng giữa hai đầu kẹp, nố i liền với thanh kim loại có chiều dài 240 mm. Một quả cân được gắn trên thanh kim lo ại có thể di chuyển dọc theo chiều dài của nó.( tương tự như nguyên tắc của cái cân tạ ). PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
47 Dụng cụ thí nghiệm xác định tính bền nhiệt theo Marten Thí nghiệm xác định tính bền nhiệt của nhựa: a) theo Marten ( DIN 53462 ) b) theo ISO R 75 ( DIN 53461 ) c) theo Vicat ( DIN 53460 ) Vật thí nghiệm được đặt thẳng đứng dựa vào hai đầu trên và dưới, quả cân được di chuyển trên thanh kim loại tạo ra 4 điểm tác động ( GG,GH, hai điểm trên và dưới vật thí nghiệm ), với hiệu ứng nén cong 5 N/ mm². Tất cả dụng cụ và vật thí nghiệm được cho vào tủ nhiệt, nơi đây nhiệt độ được gia tăng khoảng 50 °C mổ i giờ. Trong thời gian chịu tác động gia tăng nhiệt độ vật thí nghiệm sẽ bị hoá mềm và cong dần bởi trọng tải của quả cân, và thanh kim loại cũng nghiêng dần xuống. Thí nghiệm hoàn toàn chấm dứt khi thanh kim loại chạm mức giới hạn của khoảng cách 6 mm, ngay trong thời điểm này nhiệt độ trong tủ nhiệt được ghi nhận để xác định khả năng chịu nhiệt của chất liệu đang thí nghiệm hay nói cách khác là xác định nhiệt độ Marten. Phương pháp Marten là một điển hình của “ thí nghiệm một điểm “, có nghĩa là qua thí nghiệm Marten người ta chỉ xác định được một điểm trong biểu đồ lưu suất đàn hồ i lệ thuộc nhiệt độ-thời gian, và hoàn toàn không để ý đến trị số lưu suất đàn hồ i của chất liệu thí nghiệm trong điều kiện khác nhiệt độ và thời gian thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm cũng không xác định biểu hiện cong của vật thí nghiệm do tác dụng của nhiệt, thuộc trạng thái đàn hồi (elastisch) hay trạng thái nhờn (Viskose ), hay là cả hai. Đối với nhà thiết kế các mẩu mả, vật dụng bằng nhựa điều cần yếu chính là những trị số tác dụng của nhiệt độ đối với lưu suất đàn hồ i hay lưu suất đẩy được ghi lại bởi đồ thị của bảng kê khai thuộc tính chất liệu chứ không phải chỉ với những giới hạn do trị số nhiệt độ Marten mang lại. Một thí nghiệm khác tương tự như thí nghiệm nhiệt độ Marten được gọi với tên Heat Distortion Temperature theo ASTM D 648 hay ISO R 75. Khi du nhập vào Đức được chuyển hóa theo DIN 63461. Vật thí nghiệm có hình dáng thanh nhỏ, không được để đứng như trong thí nghiệm Marten, trái lại nó được đặt nằm ngang theo tư thế như trong thí nghiệm xác định độ bền nén cong trên 2 PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
48 điểm tựa ở hai đầu., điểm giữa thanh chịu trọng tải 1, 85 N/ mm² ( phương pháp A) hay 0,4 N/ mm² (phương pháp B). Độ bền nến cong trong thí nghiệm này nhỏ hơn so với thí nghiệm Marten. Do đó nếu ứng dụng với nhựa nhiệt cũng thích hợp hơn thí nghiệp với phương pháp Marten. Vật thí nghiệm chịu nén cùng với dụng cụ được cho vào bồn chất lỏng, nơi đây nhiệt độ được tăng dần 120 °C mổ i giờ ( Nhiệt trong bồn chứa chất lỏng cho thấy sự chuyền nhiệt tốt hơn so với thí nghiệm Marten, vì vận tốc tăng nhiệt lớn dần không làm tổn hại đến sự tăng nhiệt dần điều của vật thí nghiệm ). Thí nghiệm chấm dứt khi vật thí nghiệm, với bề dầy được xác định, đạt được dạng ấn cong nhất định, và nhiệt độ của chất lỏng được ghi lại ngay trong thời điểm này được gọ i là nhiệt độ-ISO. Trị số đo được của nhiệt độ Marten và nhiệt độ-ISO không nhất thiết phải giố ng nhau đối với vật thí nghiệm có cùng chất liệu và kích thước hình dáng. Ngoài ra một phương pháp khác được ứng dụng để đo độ bền chịu nhiệt cho vật liệu nhựa được gọi là phương pháp Vicat. Theo phương pháp này vật thí nghiệm chịu trọng tải từ 1 đến 50 N của một cây kim hình trụ với diện tích mặt cắt ngang 1 mm², có thể đưuợc cho vào tủ nhiệt độ hay bồn chứa chất lỏng và nhiệt độ tăng dần 50 °C mổ i giờ để làm mềm vật thí nghiệm. Thí nghiệm chấm dứt khi cây kim lún sâu 1 mm vào vật thí nghiệm, ngay trong thời gian này nhiệt độ của tủ nhiệt hay chất lỏng trong bồn được ghi lại gọi là điểm hóa mềm Vicat VSP/A hay VSP/B gay còn gọi nhiệt độ Vicat. 2.10.11 Biểu hiện đối với nhiệt độ trong thời gian dài. “ Tính bền nhiệt “ và “ khả năng bền dáng đối với nhiệt “ hoàn toàn có ý nghĩa khác nhau. Khái niệm “ tính bền nhiệt “ có liên hệ với tác dụng của nhiệt trong thời gian dài. Trái lại khi nói đến “ tính bền nhiệt của thuộc tính cơ học “ không được hiểu với ý nghĩa “tính bền nhiệt “ nói trên vì biểu hiện ứng nhiệt của chất liệu chỉ xãy ra trong thời gian ngắn và yếu tố thời gian không quan trọng. Khái niệm “ tính bền “ đi đôi với xếu tố thời gian để làm rõ ý nghĩa “biểu hiện ứng nhiệt trong thời gian dài “. Hai trường hợp khảo sát được phân biệt ở đây a) cơ ứng cùng lúc với tác động cơ và nhiệt ( đã được nói đến trong phần “ biểu hiện với thời gian dài “, b) tính bền của trị số thuộc tính đố i với sự lão hóa nhiệt. 2.11 Tính bền của trị số cơ học trong trường hợp lão hóa nhiệt. Khi một chất liệu được đánh giá những biểu hiện đối với tác dụng của nhiệt, nhất là trong lãnh vực chất dẻo, chỉ có ý nghĩa giới hạn đố i với thời gian ngắn. Sự nâng cấp chỉ có thể khi thời gian tác động được kéo dài ra. Độ bền ứng nhiệt của chất dẻo ứng nhiệt ( Thermoplast ) được khảo sát trong khoảng 60 °C đến 120 °C. Rất ít chất dẻo ứng nhiệt vượt qua nhiệt độ giới hạng 120 °C này. Đối với chất dẻo chịu nhiệt ( Duroplast ) không có vùng hóa mềm và đạt đến vùng nhiệt độ phân hủy trong khoảng từ 150 °C đến 250 °C. Điều kiện môi trường như độ ẩm cũng như điều kiện cải biến với chất phụ gia hay chất làm mềm cũng ảnh hưởng đến vùng nhiệt độ hoá mềm, độ bền giãm đi hay độ dòn gia tăng của chất liệu. Đối với thí nghiệm trong thời gian dài cần lưu ý đến ba yếu tố : a) Tác dụng thực sự của nhiệt b) Tác động cơ học và c) Thời gian tác dụng nhiệt trong suốt quá trình thí nghiệm. Thông qua thí nghiệm theo DIN 53446 người ta có thể diễn tả một cách tương đối những biểu hiện của chất dẻo đối với “ xác định giới hạn nhiệt độ-thời gian “. Giới hạn nhiệt độ-thời gian được hiểu là nhiệt độ cao nhất trong suốt thời gian thí nghiệm tác động lên chất liệu nhựa ( hoàn toàn không chịu những tác động phụ thuộc khác ). Thông qua thí nghiệm này người ta chỉ xác định tương đố i tính chịu nhiệt của chất dẻo, và dĩ nhiên trên thực tế cho mổ i trường hợp ứng dụng khác nhau, trị số chịu nhiệt này cũng thay đổ i theo. Sau đây là bảng kê khai nhiệt độ giiớ hạn của một vài loại chất dẻo điển hình. PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
49 Vùng nhiệt độ giới hạn của một vài loại nhựa điển hình theo DIN 53446 Thí nghiệm theo DIN 53446 cần phải có một tủ nhiệt lớn để chứa những vật liệu thí nghiệm, và nhiệt độ được chia ra nhiều ngăn có nhiệt độ khác nhau. Thông thường tủ nhiệt gồm có 3 đến 5 ngăn với nhiệt độ được chia ra cho mổ i ngăn từ 25 °C đến 250°C. Thời gian thí nghiệm được định trước bằng đồng hồ đo v/d 1,2,3,4,8,16,38 ngày hay nhiều tuần. Sau khi đạt được thời gian định trước, vật thí nghiệm được lấy ra khỏi tủ nhiệt và tiếp tục khảo sát với các thí nghiệm khác như kéo hay nén cong..vv… để khảo sát những biểu hiện biến đổi của vật liệu lệ thuộc vào lão hóa bởi nhiệt và thời gian. Dưới đây là thí dụ của Phenol với chất Asbest ( chịu nhiệt cao ) phụ gia được tồn trữ trong tủ nhiệt với nhiệt độ và thời gian khác nhau, sau đó được xác định độ bền nén cong . Độ bền nén cong của phenol phụ gia với Asbest sau thời gian lưu trữ trong tủ nhiệt Người ta khảo sát kế đến thời gian lưu trữ lâu nhất có thể được và ghi lại đồ thị với thí nghiệm độ bền nén cong trên biểu đồ giới hạn-nhiệt độ-thời gian. Thí dụ dưới đây là biểu đồ giới hạn-nhiệt độ-thời gian của nhựa phenol với sợi Asbest phụ gia, độ bền nén cong 50 N/mm², thời gian tồn trữ trong tủ nhiệt 25000 giờ, môi trường nhiệt độ tăng dần khoảng 130 °C sau đó. PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de
50 2.12 Sự phân định ranh giới vùng trạng thái của chất dẻo. Chuơng cuối cùng của bài giới thiệu này tổng kết lại những gì đã trình bày về những thuộc tính cơ học và vật lý của nhựa lệ thuộc vào vùng nhiệt độ, trạng thái ứng kháng và thời gian. 1. Ở trạng thái đông lạnh tất cả các chất liệu cao phân tử ( chất dẻo, nhựa ) biểu hiện trạng thái cứng-đàn hồi tương tự như trạng thái đàn hồ i của kim loại. Trị số lưu suất đẩy nằm trong khoảng 10³ đến 10^4 N/ mm². Khả năng biến dạng có tính thuận nghịch (đàn hồ i ) cho đến giới hạn 1%. 2. Nhiệt độ gia tăng làm cho chuổ i phân tử chuyển động. Thuộc tính cơ học thay đổi theo nhiệt đô, lưu suất đẩy giảm dần tiến đến biểu hiện giảm thấp nhất khi đạt đến nhiệt độ cao nhất định. Vùng chuyển tiếp thủy tinh thể (chảy lỏ ng ) này không xác định được chính xác, nó lệ thuộc theo cấu tạo khác nhau của mỗ i loại chất dẻo. Nó có thể nằm trong vùng nhiệt độ bình thường ( 23 °C ), đối với những chất có trạng thái cứng-dai ở nhiệt độ bình thường hay đàn hồ i-dai ( nhờn ). Nó cũng có thể ở trong vùng nhiệt độ trên bình thường,đố i với những chất đàn hồ i-cứng ở nhiệt độ trên bìnhthường. 3. Các loại nhựa kết tinh từng phần có khả năng chịu nhiệt cao nên vẫn còn ở tạng thái đàn hồ i- cứng ở vùng thủy tinh thể của nhựa bất định dạng. Tùy theo nồng độ kết tinh khác nhau của mổ i chất mà lưu suất đẩy sẽ giảm dần từ 10^4 đến 10³ N/mm² trong vùng nhiệt độ giữa nhiệt độ thủy tinh và điểm chảy tinh thể. Trên vùng chảy tinh thể nhựa kết tinh hiện diện dưới trạng thái chảy lỏ ng và nhờn. 4. Những loại chất dẻo có cấu trúc kết mạng tương đối yếu như cao su tổng hợp, chất dẻo đàn hồ i có trạng thái đàn hồ i ở vùng nhiệt độ xử dụng bình thường ( 23 °C ). Lưu suất đẩy nằm trong vùng này có trị số thông thường từ 0,1 đến 10² N/mm² và giữ trạng thái này cho đến khi đạt đến nhiệt độ phân hủy; Hiện tượng biến dạng đàn hồi thuận nghịch có thể đạt được 100 %. 5. Được gọi với tên “Nhựa nhiệt dẻo cấu trúc kết tinh thể từng phần “ là những loại chất dẻo có cấu trúc hoá học không thật sự bền hay cấu trúc kết mạng không đủ mạnh ( v/d Acrylglas ), có trạng thái đàn hồ i cứng ở nhiệt độ xử dụng bình thường và biến sang trạng thái đàn hồ i mềm ở nhiệt độ cao, nhưng nó không có trạng thái dẻo có thể chảy được. 6. Nhựa nhiệt dẻo cấu trúc bất định dạng có vùng chuyển tiếp thủy tinh thể ở vị trí cao hơn nhiệt độ xử dụng bình thường, và trị số lưu suất đẩy giảm dần từ 10^4 đến 10³ N/mm², có trạng thái đàn hồ i-cứng ở nhiệt độ xử dụng bình thường. Trị số độ bền sẽ giảm dần khi nhiệt độ gia tăng. Khi nhiệt độ vượt lên trên vùng nhiệt độ chuyển tiếp thuỷ tinh thể nhựa nhiệt-bất định dạng sẽ biến sang thể gần như đàn hồ i mềm, và hoàn toàn chảy lỏ ng khi đạt được nhiệt độ nhất định. PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de