Tính Chất nhựa nhiệt dẻo hóa lý nâng cao ĐHBKHN K57

1, LƯU BIẾN VÀ BIẾN DẠNG• Một số công thức tính tốc độ trượt : 1, Trong trục vít Dc: đường kính trục vítN: Tốc độ quay của trục víth: chiều cao dòng chảy 2, Trong khuôn tròn , sợi Q: lư

Sinh viên thực hiện:

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Huy Tùng

Tiểu luận hóa lý Polyme:

NỘI DUNG :

1 Lưu biến và biến dạng

2 Tính chất tương quan, gia công nhựa

3 Sự định hướng

4 Sự co ngót

 Nhựa được coi là 1 chất nhớt đàn hồi  các ứng xử cơ học của nhựa được chi phối bởi hiện tượng nhớt đàn hồi như:

+ độ bền kéo

+ độ dãn dài khi gãy

+ năng lượng phá hủy

1, LƯU BIẾN VÀ BIẾN DẠNG

 Nhớt đàn hồi là gì?

+ Tính nhớt: năng lượng gây ra biến dạng bị hao phí

+ Tính đàn hồi: năng lượng được dự trữ

 Kết hợp 2 tính chất để gia công nhựa

 Độ nhớt là khả năng cản trở sự chảy của vật liệu,đơn vị ( Pa.s) hoặc (lb.s/in.²)

VD: nhựa nóng chảy: 2-3000 Pa.s

 Sự chống lại biến dạng đàn hồi là môđun đàn hồi (E) , được đo bằng Pa hoặc psi (lb/in²)

Nhớt đàn hồi là đặc điểm của các vật liệu thể hiện cả hai tính chất là nhớt và đàn

hồi khi chịu lực.

 CÁC YẾU TỐ CẦN XÉT

 Tốc độ trượt

Tốc độ trượt xuất hiện khi dòng nhựa

nóng chảy theo hướng song song với 1 bề mặt

cố định ( trục vít, rãnh khuôn,

thành khuôn)

Hình 2-29: Mối quan hệ giữa ứng suất trượt và tốc độ biến dạng trượt.

 Thuận lợi : khi tăng tốc độ trượt , nhựa nóng chảy có độ nhớt thấp và chảy được dễ dàng

 Bất lợi :

 Tốc độ trượt tăng xảy ra sự gia tăng nhiệt độgây ra khó khăn trong làm mát cũng như làm phân hủy và mất màu nhựạ

 Tốc độ trượt cao bề mặt sản phẩm không bằng phẳng do đứt gãy và các nguyên nhân khác

=> Mỗi loại nhựa và tùy điều kiện gia công có 1 tốc độ trượt tối đa riêng

1, LƯU BIẾN VÀ BIẾN DẠNG

• Một số công thức tính tốc độ trượt ( ):

1, Trong trục vít

Dc: đường kính trục vítN: Tốc độ quay của trục víth: chiều cao dòng chảy

2, Trong khuôn tròn , sợi

Q: lưu lượng chảy theo thể tíchR: bán kính dòng chảy

3, Trong khuôn đùn tấm, màng

W: chiều rộng dòng chảyQ: lưu lượng chảyh: chiều cao

1, LƯU BIẾN VÀ BIẾN DẠNG

 Kiểm tra chỉ số chảy dẻo

• Chỉ số chảy dẻo là công cụ lưu biến sử dụng rộng rãi nhất cho việc kiểm tra và nghiên cứu chất dẻo trong nhiều quá trình gia công

Ví dụ:

 Tóm lại, chỉ số MI là một chỉ số về trọng lượng phân tử trung bình (MW) của nhựa ,một chỉ số thô của quá trình gia công

- Vật liệu MW thấp  chỉ số MI cao và dễ dàng gia công

- Vật liệu MW cao  chỉ số MI thấp và quá trình gia công khó khăn hơn, vì chúng có khả năng chống chảy, nhưng vẫn có thể xử lí được

- Chỉ số MI giảm kéo theo các tích chất cơ học bị thay đổi  cần cân bằng giữa tính chất vật lí và quá trình gia công

 Độ đàn hồi (biến dạng) và độ nhớt (dòng chảy) phụ thuộc tương đối vào thời gian biến dạng.

The filled polydimethylsiloxane (PDMS) behaves predominantly elastic if deformed for a short period of time and predominantly viscous if subjected to gravity over a long time period.

• Trong khoảng thời gian ngắn  độ đàn hồi chiếm ưu thế

• Một khoảng thời gian dàivật liệu sẽ chảy nhớt hoàn toàn

 Điều này gây ảnh hưởng đến các quá trình sau,hình dạng vật liệu bị

thay đổi khi 1 phần được ủ; xảy ra hiện tượng trương nở;

 Hiện tượng đàn hồi thường phụ thuộc vào modul và độ nhớt

1, LƯU BIẾN VÀ BIẾN DẠNG

 Hiệu suất chảy

Trong bất kỳ biến dạng thực tế nào đều có ứng suất cục bộ Khi độ nhớt tăng cùng với ứng suất, sự biến dạng ở nơi tập trung ứng suất

sẽ không lớn hơn ở xung quanh vật liệu ứng suất cục bộ sẽ giảm và biến dạng ổn định

Tuy nhiên, khi độ nhớt giảm với ứng suất tăng, bất kỳ ứng suất cục bộ nào đều sẽ gây ra sự phá vỡ mạch

 Các khuyết tật khi chảy

 Khuyết tật khi chảy ảnh hưởng đến sự hình thành của một sản phẩm, đóng một vai trò quan trọng trong nhiều quá trình gia công Việc tạo khuyết tật khi chảy là không mong muốn

 Ví dụ, kết thúc sẽ tạo một sản phẩm không nhẵn, bóng => không đáp ứng được yêu cầu của sản phẩm

Dòng chảy không thành tầng ( không trên 1 mặt phẳng)

- Ở điều kiện lí tưởng, một vật nóng chảy theo một mô hình sắp xếp ổn định trong và ngoài khuôn đúc Trên thực tế, các vật liệu đúc

bị bóp méo, gây ra khuyết tật như nứt gãy hoặc đàn hồi không đều

- Để giảm bớt hoặc loại bỏ vấn đề này, vật cho vào khuôn đúc là hình nón hoặc dạng thuôn

1, LƯU BIẾN VÀ BIẾN DẠNG

Nhám bề mặt

• Việc bổ sung gia nhiệt mép khuôn và giảm độ nhớt cục bộ có hiệu quả trong việc làm giảm diện tích bề mặt nhám

• Trong quá trình chảy qua một khuôn đúc, mẫu chảy ở thành khuôn có xu hướng không chảy, trong khi đó ở trung tâm chảy rất nhanh Khi chảy hết trong khuôn, vận tốc chảy của các điểm trong mẫu được thay đổi đột ngột cho đến khi bằng nhau Sự thay đổi này đòi hỏi lớp bề mặt phải tăng tốc nhanh hơn dẫn đến ứng suất cục bộ cao Nếu ứng suất này vượt quá giá trị giới hạn, bề mặt mẫu bị phá hủy, xuất hiện gồ ghề được gọi là nhám Do vậy, vùng bề mặt chất dẻo có ứng suất lớn nhất sẽ có hiện tượng nhám,với mô đun cao và độ nhớt cao

- Các quá trình biến đổi từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ gia công cao có thể làm cho tỉ trọng nhựa giảm đến 25 % Khi làm mát đi, nhựa có thể

co ngót lên đến 3% và có thể gây ra biến dạng bề mặt hoặc bị nứt

- Có thể làm giảm hoặc loại bỏ vấn đề này bằng các biện pháp kĩ thuật đặc biệt như làm mát với áp suất thấp đối với quá trình ép phun

1, LƯU BIẾN VÀ BIẾN DẠNG

Thay đổi về hóa học

- Trùng hợp liên kết ngang làm tăng độ nhớt

Sản phẩm bị hụt

Sản phẩm có bề mặt bị chốc lên thành từng lớp

Rạn nứt

1, LƯU BIẾN VÀ BIẾN DẠNG

Lỗ khí

Vết dòng chảyMột số khuyết tật có thể xảy ra

Vết lõm và lỗ trống xảy ra khi có sự co ngót không đều giữa các vùng vật liệu

Những vết bẩn và vết sọc đen

2, TÍNH CHẤT TƯƠNG QUAN, GIA CÔNG NHỰA

 Mỗi loại nhựa có một chỉ số kĩ thuật xác định và định lượng được chính xác đặc tính của chúng

Ví dụ:

Khối lượng phân tử (MW) của nhựa liên quan đến kích thước các phân tử

MW có ảnh hưởng đáng kể đến gia công và hiệu suất

 MW thấp dễ xử lý hơn nhưng yếu và giòn hơn

 MW cao dai hơn và chịu hóa chất hơn, vv…yêu cầu kiểm soát quá trình chặt chẽ hơn MW cao tiêu tốn nhiều năng lượng hơn do cần nhiều yếu tố nhiệt độ và áp suất

Phân bố khối lượng phân tử (MWD), dấu hiệu nhận biết nhựa, tỉ lệ tương đối với trọng lượng phân tử và độ dài các phân tử khác nhau

 Các MWD phân bố hẹp hay rộng kéo theo chỉ số MW thay đổi lớn

 Các MWD không phụ thuộc vào cả MW và chỉ số chảy (MI)

Chỉ số này rất quan trọng, phải được đưa vào tính toán trong nghiên cứu cả quá trình gia công và hiệu suất tạo sản phẩm MWD phù hợp cho phép gia công tốt hơn và điều khiển quá trình dễ dàng hơn

năng suất máy, v.v….

 Biến số gia công đưa ra các thông số cụ thể hơn so với điều kiện làm việc của máy,như là nhiệt độ nóng chảy, tốc độ dòng chảy

hay áp suất

- Xu hướng trong sản xuất nhựa được đơn giản hóa bằng sự liên kết của các biến số gia công nóng chảy nào mà chúng chắc chắn ảnh hưởng đến cường độ và hiệu suất

2, TÍNH CHẤT TƯƠNG QUAN, GIA CÔNG NHỰA

 Nhựa và “trí nhớ” của chúng

 Nhựa nhiệt dẻo có khả năng uốn cong, kéo dãn hoặc ép thành các hình dạng khác nhau tùy thuộc mục đích sử dụng Nhưng sau khi các quá trình trên kết thúc, đặc biệt nếu có thêm sự hỗ trợ của nhiệt độ thích hợp, chúng trở về hình dạng ban đầu

Tính chất này được biết đến như là “trí nhớ” của nhựa, gây ra nhiều tác hại

 Đối với hầu hết các loại vật liệu khác, khi được uốn, kéo hay nén, bằng cách nào đó chúng thay đổi cấu trúc phân tử hoặc định hướng các hạt để thích ứng với việc biến dạng vĩnh viễn Nhưng vật liệu polymer lại không như vậy, polymer định hình tạm thời sau khi bị biến dạng,

nó luôn luôn duy trì sự đàn hồi bên trong và buộc sản phẩm phải trở lại hình dạng ban đầu của nó Sự đàn hồi đó là điều kiện để tạo ra “trí nhớ” cho nhựa

 Thường thì “trí nhớ” này không được tận dụng nhiều trong gia công nhựa làm cho nhựa nhiệt dẻo “quên đi” hình dạng ban đầu đủ lâu, đặc biệt là các quá trình tạo hình, gia công, hay là làm lạnh nhanh

 Tuy nhiên đôi khi tận dụng “trí nhớ” hoặc sự thiếu ổn định của nhựa làm cho quá trình sản xuất trở nên rất thuận lợi Có thể sử dụng một lượng nhiệt đủ để cho các bộ phận đó biến đổi hình dạng thuận lợi cho quá trình lắp ráp, sau đó chúng được phép trở lại hình dạng ban đầu.

 “Trí nhớ” tiềm năng này tồn tại trong tất cả các loại nhựa nhiệt dẻo Polyolefin, neoprenes, silicon và các polyme liên kết chéo có thể

có được “trí nhớ” bằng bức xạ hoặc lưu hóa

 Tuy nhiên fluorocarbon không cần lưu hóa như vậy Khi các fluorocarbon được áp dụng “trí nhớ” như TFE, FEP, ECTFE, ETFE và PVF2, ta thu được các ứng dụng có khả năng chịu nhiệt tốt hoặc chịu mài mòn cao

 Nhựa được sản xuất với một “trí nhớ” tích hợp

 Nếu tốc độ làm lạnh vừa phải, duy trì nhựa chỉ lạnh phần ngoài thì được gọi làm mát.

 Nếu tăng tốc độ làm lạnh hơn nữa, nhựa sẽ có xu hướng đóng băng

xảy ra kèm với nhiệt độ hoặc sau khi xử lý bằng cách thổi, đùn phim, hoặc định lại hình dạng của nhựa.

làm tăng các thuộc tính sản phẩm lên đáng kể (xem Bảng 2-27, hình 2-35 ).

3 SỰ ĐỊNH HƯỚNG

3 SỰ ĐỊNH HƯỚNG

 Vật liệu đẳng hướng

- Trong một vật liệu đẳng hướng, tính chất tại các điểm nhất định là như nhau, không phụ thuộc vào hướng mà chúng được đo Khi chuyển

từ điểm tới điểm trong loại chất dẻo đồng nhất này thành phần vật chất vẫn không đổi

- Với các nhựa được gia cường và vật liệu tương tự khác, sự đẳng hướng chỉ đề cập đến mặt phẳng của sợi , có nghĩa là, nó chỉ là 2 hướng chứ không phải đẳng hướng hoàn toàn, 3 mặt phẳng

 Trong một vật liệu bất đẳng hướng có đặc tính đa dạng phụ thuộc vào hướng mà nó được đo.

 Có rất nhiều mức độ khác nhau của vật có tính không đẳng hướng : trực hướng hoặc một chiều, hai chiều, không đồng nhất…(hình 2-36)

3 SỰ ĐỊNH HƯỚNG

Cơ tính cao nhất là theo hướng phát triển (sợi), với phương vuông góc hướng có các đặc tính thấp hơn và khác vuông góc hướng có nhiều đặc tính thấp hơn nhiều ( hình 2-37)

Các phương trình thiết kế và kĩ thuật công nghệ của gỗ không đẳng hướng được sử dụng trong hàng thế kỷ dựa trên việc ứng dụng gỗ trong các tòa nhà cao tầng, các cây cầu hay những công trình tương tự như vậy

4, SỰ CO NGÓT

Đây là cái nhìn tổng quan, cơ bản liên quan đến các đặc tính kĩ thuật nhưng vật không đẳng hướng cũng có thể được sử dụng khi liên quan tới các chất liệu có thể co ngót trong gia công, chẳng hạn như ép phun (hình2-38) và đùn

 Các biến số ảnh hưởng đến độ co ngót:

- Bề dày thành sản phẩm tăng lên thì độ co ngót cũng tăng lên

- Ảnh hưởng của áp suất: Áp suất trong lòng khuôn càng cao thì độ co ngót càng thấp

- Ảnh hưởng của nhiệt độ : Nhiệt độ của nhựa trong quá trình ép càng cao thì độ co ngót càng cao vì vật liệu nén vào trong khuôn ít hơn do nhựa giãn nở nhiều hơn

 Việc điều khiển sự co này nhằm đáp ứng nhu cầu về thiết kế như thiết kế khuôn hoặc hình dập khuôn, sự điều khiển lập trình máy móc, thay đổi hình dáng sản phẩm và loại nhựa