HÓA HỌC HÓA LÝ POLYMER - CHƯƠNG 8 ppsx

Theo nghĩa rộng, độ bền là tính chất vật thể chống lại sự hủy hoại xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực.. Ví dụ : Như polymer dưới tác dụng của các lực về điện thì gọi là độ bền điện, còn

Ph.D Nguyen Quang Khuyen

nqkhuyen@yahoo.com

Chương 8 ĐỘ BỀN POLYMER

Theo nghĩa rộng, độ bền là tính chất vật thể chống lại sự hủy hoại xảy ra dưới tác dụng của ngoại lực

Ví dụ : Như polymer dưới tác dụng của các lực về điện thì gọi là độ bền điện, còn dưới tác dụng cơ học thì gọi là độ bền cơ học

Độ bền của một sản phẩm làm bằng vật liệu polymer phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố kỹ thuật ( chế độ trùng hợp hay

đa tụ, bản chất xúc tác, tỷ lệ các cấu tử trong hỗn hợp, chất khởi đầu, chất khơi mào, chất hãm, chất điều chỉnh) và phương pháp gia công sản phẩm ( ép phun, ép đúc, kéo…) kết cấu hình dạng của sản phẩm

8.1 Khái niệm độ bền của polymer

Muốn thiết kế các sản phẩm làm bằng vật liệu polymer cần phải biết kỹ các tính chất cơ học đặc biệt của chúng và mối liên quan của các tính chất đó với cấu trúc hóa học hay loại polymer Khi đó cần lưu ý rằng : độ bền cùng một loại polymer có thể khác nhau tùy thuộc vào trạng thái mà polymer tồn tại Độ bền của poly metyl metacrylat ở trạng thái thủy tinh cao hơn so với khi nó chảy mềm do đun nóng

Xuất phát từ quan điểm khảo sát độ bền của polymer, tốt nhất nên phân biệt các trạng thái cấu trúc – cơ học sau đây: lỏng mềm cao và rắn

8.1 Khái niệm độ bền của polymer (tt)

Độ bền – tính chất vật thể, đặc trưng cho khả năng chống lại sự phá hoại dưới tác dụng của các lực cơ học Tính chất đó được đánh giá về lượng Người ta đưa ra một số thông số để đánh giá về lượng Một trong những thông số đó là giá trị ứng suất, trong những điều kiện đã cho mẫu bị phá hoại ở gía trị đó

Chúng ta có đại lượng giới hạn bền : sự phá hoại có thể xảy

ra không những dưới tác dụng của ứng suất lớn mà cả ứng suất bé tùy thuộc vào thời gian tác dụng Tuy nhiên cách diễn đạt đó mang tính chất lịch sử và vẫn được sử dụng phổ biến rộng rãi ) Giới hạn bền có thể được xác định ở các loại biến dạng khác nhau : kéo, nén, uốn…

8.2 Những thông số cơ bản về độ bền và phương

pháp đánh giá chúng

Cùng với các tính chất của polymer, giới hạn bền phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian tác dụng lực của lực biến dạng, nghĩa là phụ thuộc vào tốc độ biến dạng Vì thế cho nên khi

so sáng độ bền của các polymer khác nhau theo các giá trị của giới hạn bền, cần phải tiến hành xác định lại đại lượng đó ở những giá trị đồng nhất về nhiệt độ và tốc độ biến dạng

Thông số tiếp theo về độ bền la giá trị biến dạng cực đại phát triển đến thời điểm đứt và được gọi là độ biến dạng cực đại tương đối (đ )

8.2 Những thông số cơ bản về độ bền và phương

pháp đánh giá chúng (tt)

Ở những giá trị cho trước đ (hay đ) thời gian tác dụng của lực gây nên biến dạng (trong thời gian đó xảy ra sự phá huỷ mẫu) không thể tùy tiện.

Bởi vậy, độ bền cũng có thể đặc trưng bằng độ bền lâu  đ thời gian kể từ lúc bắt đầu tác dụng lực gây nên biến dạng đến khi mẫu bị tách từng phần Độ bền lâu thường được xác định ở giá trị ứng suất gây nên biến dạng không đổi  = const.

Nếu điều kiện đó không được chấp hành thì đặc trưng của độ bền theo thời gian được gọi là mệt mỏi tĩnh học Đặc trưng của độ bền theo thời gian ( hay là sự phụ thuộc của độ bền theo thời gian ) ở điều kiện tải trọng động thì gọi là mệt mỏi động học.

8.2 Những thông số cơ bản về độ bền và phương

pháp đánh giá chúng (tt)

Độ bền của vật liệu polymer mang đặc trưng thời gian.

Vì vậy như những khái niệm như giới hạng bền, ứng suất đứt …cũng mang tính chất quy ước Không nên phát triển quyết đoán về sức chịu tải trọng của vật liệu polymer nào đó mà không chỉ rõ thời gian mẫu cần bảo tồn không bị phá hoại

Kết luận

Phá hoại dòn: là dạng phá hoại mà trước đó chỉ có biến dạng đàn hồi thuận nghịch xảy ra mà thôi Độ bền của vật thể khi phá hoại dòn được ký hiệu là d

Phá hoại dẻo: là dạng phá hoại mà trước đó có xảy ra những biến dạng gây nên do các phần riêng biệt thuộc cấu trúc vật liệu sắp xếp lại Ở các vật thể tinh thể và thủy tinh phân tử thấp những biến dạng đó không thuận nghịch và được gọi là chảy dẻo

8.3 Các dạng phá hoại polime

•Phân hủy : làm đứt mạch làm giảm khối lượng phân tử.

•Yù nghĩa : dựa vào phản ứng phân hủy có thể xác định cấu tạo, cấu trúc polymer

•Mức độ phân hủy phù hợp làm giảm khối lượng polymer một phần để dễ gia công

•Phân hủy có thể thu được monomer

•Phân hủy có thể xây dựng được chế độ gia công : xây dựng phạm vi giới hạn để sử dụng sản phẩm ( chịu nhiệt, chịu bức xạ)

•Bảo vệ polymer : chất chống lão hóa, làm giảm tính năng của polymer dưới tác dụng của môi trường ( nhiệt độ, các tia bức xạ, ăn mòn…)

8.4 Phản ứng phân hủy polymer và ý nghĩa của

phản ứng phân hủy

Các loại phân hủy

•Nhiệt : khi năng lượng nhiệt > năng lượng liên kết

•Môi trường thủy phân : môi trường OH, (nhất là poliamid

do có liên kết –C(O)-NH-)

•Oxy hóa: thường là hiện tượng kết hợp (có ôxy, bức xạ, môi trường ẩm) sẽ phân hủy nhanh

•Tác dụng bức xạ: chiếu một tia bức xạ có một bước sóng thích hợp tạo được gốc tự do Từ gốc tự do tạo phản ứng dây chuyền gây đứt mạch ( tia tử ngoại, tia bức xạ)

•Phân hủy cơ học: lực cơ học lớn gây nên đứt mạch (cán trộn cao su trên máy trộn)

8.4 Phản ứng phân hủy polymer và ý nghĩa của

phản ứng phân hủy (tt)

Các polymer có thể biến dạng tới hàng chục hàng trăm phần trăm hay nhiều hơn nữa là do chúng bao gồm các đại phân tử có kích thước theo chiều dài lớn hơn rất nhiều so với chiều ngang ( hiện tượng định hướng của polymer ) trong các màng hay ống

Trong thực tế đã tận dụng được hiện tượng định hướng để sản xuất sợi và màng có độ bền cao Ơû đây độ mềm dẻo của mạch đóng vai trò quan trọng

8.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền cơ học của

polyme

Sự phụ thuộc của vật thể rắn vào thời gian : Ứng suất không phải là yếu tố quyết định độ bền của polymer, nếu polymer bị phá hoại trong thới gian ngắn thì ứng suất tương đối lớn Nhưng nếu ứng suất phá phá hoại nhỏ thì vật liệu

bị phá hoại cần thời gian dài hơn ( độ mệt mỏi tĩnh học )

Aûnh hưởng phụ gia : phụ gia được thêm vào vật liệu polymer làm tăng lên tính chất cơ học đáng kể được ứng dụng rộng rãi, phụ gia tăng đưọc tính chất cơ lý gọi là phụ gia hoạt tính, phụ gia không tăng được tính chất gọi là phụ gia không hoạt tính Ví dụ khi độn than hoạt tính hay silicagen làm cao su tăng tính chất cơ học lên rất nhiều

8.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền cơ học của

polyme (tt)

Chất phụ gia: Chất phụ gia đóng vai trò như một chất hấp phụ và polymer hấp phụ xung quanh các hạt phụ gia tạo thành một định hướng, nhờ vậy mà độ bền vật liệu được tăng lên Tuy nhiên lượng phụ gia chỉ cho vào đền một giới hạn nhất định, sau đó nếu tăng lượng phụ gia thì tính chất sẽ bị giảm xuống do các phân tử polymer không còn đủ để bao bọc quanh các hạt phụ gia

8.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền cơ học của

polyme (tt)

Tính chất cơ học của polystyren định hướng

Tính chất cơ học của màng polyetylen định hướng (tốc

độ biến dạng 50cm/phút)