Tài liệu Giáo trình Khoa học vật liệu_ Chương 8 ppt

Có thể định nghĩa polyme như sau: "Polyme là một hợp chất gồm các phân tử được hình thành do sự lặp lại nhiều lần của một loại hay nhiều loại nguyên tử hay một nhóm nguyên tử đơn vị cấu

Chương 8 vật liệu polyme

Vật liệu polyme là loại vật liệu có tốc độ phát triển rất nhanh trong những năm gần đây (sau đại chiến II), được sử dụng rộng r∙i trong sinh hoạt cũng như trong kỹ thuật, chiếm tỷ lệ ngày một cao Khác với các vật liệu truyền thống (kim loại, ceramic), vật liệu polyme có sức cạnh tranh lớn nhờ các đặc tính nhẹ, rẻ, dễ tạo hình, tạo màu sắc Rõ ràng là vật liệu này đóng vai trò ngày một quan trọng, như một số nhà khoa học đ∙ cho rằng hiện loài người bắt đầu vào thời kỳ vật liệu polyme

Sở dĩ có tên gọi như vậy là do nó được tạo thành chủ yếu từ polyme (nhóm chất hữu cơ tổng hợp), do vậy còn có tên là hữu cơ Một tên khác cũng khá thông

dụng là chất dẻo (plastics) là gọi theo nhóm chiếm tỷ lệ chủ yếu trong loại này Polyme đầu tiên mà loài người biết là loại có nguồn gốc tự nhiên, từ thực, động vật (gỗ, cao su, bông len, da, tơ và ngay cả protein, enzim, tinh bột, xenlulô) Trong thế kỷ 20 loài người đ∙ tổng hợp được polyme với giá rẻ và có các tính chất ưu việt hơn polyme tự nhiên, đ∙ mở ra sự phát triển nhảy vọt cho loại vật liệu này

Có thể định nghĩa polyme như sau: "Polyme là một hợp chất gồm các phân

tử được hình thành do sự lặp lại nhiều lần của một loại hay nhiều loại nguyên tử hay một nhóm nguyên tử (đơn vị cấu tạo monome) liên kết với nhau với số lượng khá lớn để tạo nên một loạt các tính chất mà chúng thay đổi không đáng kể khi lấy

đi hoặc thêm vào một vài đơn vị cấu tạo"

Cũng giống như kim loại và ceramic, các tính chất của polyme cũng phụ thuộc vào cấu trúc Để làm rõ mối liên quan này sẽ lần lượt trình bày những đặc

điểm về cấu trúc phân tử (bản chất hóa học, khối lượng, hình dạng) polyme và cấu trúc tinh thể (sự sắp xếp các mạch phân tử) polyme, trên cơ sở đó giải thích các tính chất, công dụng cũng như cách chế tạo và tạo hình cho các loại vật liệu polyme

Khác với các vật liệu đ∙ học, các phân tử polyme có những đặc điểm riêng Trước tiên h∙y đi từ hyđrôcacbon là nguồn gốc phần lớn chất hữu cơ để từ đó tổng hợp nên polyme

Như đ∙ trình bày ở mục 1.1.2, trong phân tử hyđrôcacbon các liên kết giữa các nguyên tử là đồng hóa trị Mỗi nguyên tử cacbon có bốn điện tử tham gia vào liên kết này (hình 1.1c), trong đó mỗi nguyên tử hyđrô chỉ có một điện tử liên kết

Liên kết đơn tồn tại khi mỗi một trong hai nguyên tử liên kết (là C và H) đều góp

một điện tử; còn liên kết giữa hai nguyên tử cacbon là nhờ mỗi nguyên tử trong

chúng góp chung hai điện tử, tức có liên kết đôi Ví dụ phân tử ethylen C2H4 có thể

được trình bày dưới dạng:

Có trường hợp tồn tại liên kết ba ≡ như ở axêtylen C2H2: H  C ≡ C  H

Các hyđrôcacbon chứa liên kết đôi, ba được coi là không no, tức mỗi

nguyên tử cacbon chưa liên kết tối đa với bốn nguyên tử khác, tức chúng còn có

thể biến đổi khi chuyển thành liên kết đơn Sự chuyển dời vị trí một trong những

liên kết đơn xung quanh nguyên tử cacbon sẽ cho phép đưa thêm vào phân tử đầu

tiên một hay một nhóm nguyên tử khác Xem thế hyđrôcacbon không no dễ biến

đổi thành phần và tính chất hơn Còn đối với hyđrôcacbon no chỉ có các liên kết

đơn nên không thể có những nguyên tử mới nào có thể xâm nhập vào phân tử mà

không phải lấy đi các liên kết đơn khác đ∙ có sẵn do đó khó biến đổi thành phần

Hyđrôcacbon đơn giản nhất thuộc họ parafin CnH2n+2 gồm mêtan (CH4),

êtan (C2H6), prôpan (C3H8), butan (C4H10), pentan (C5H12), hexan (C6H14) công thức

(tương tự với C4H10, C5H12, C6H14 bằng cách thêm vào từng nhóm CH2 một)

Liên kết trong nội bộ phân tử là liên kết đồng hóa trị mạnh, nhưng giữa các

phân tử là liên kết yếu Van der Waals, nên các hyđrôcacbon nói chung có nhiệt độ

nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp (tuy nhiên các nhiệt độ này tăng lên theo sự tăng

lên của khối lượng phân tử)

Hyđrôcacbon có cùng thành phần hóa học có thể có những cách sắp xếp

nguyên tử khác nhau được gọi là đồng phân hóa (isomerism) mà mỗi dạng của nó

được gọi là izome Ví dụ, có hai izome cho butan: butan n và butan i với công

cơ êtyl C2H5, benzyl C6H5 (với mạch vòng)

Từ các phân tử hữu cơ (hyđrôcacbon) kể trên người ta có thể tổng hợp

thành phân tử polyme

So với phân tử hữu cơ vừa trình bày, phân tử polyme tổng hợp nên là khổng

lồ với kích thước và khối lượng phân tử lớn nên còn được gọi là cao phân tử

Trong phân tử này, các nguyên tử được liên kết bằng liên kết đồng hóa trị Đa số

phân tử polyme có dạng mạch dài và mềm dẻo mà cốt lõi của nó là một chuỗi các

nguyên tử cacbon:

       

 C  C  C  C  C  C  C  C , trong đó mỗi        

nguyên tử cacbon liên kết với hai nguyên tử cacbon khác về hai phía Phân tử polyme được ký hiệu bằng đường thẳng  và được gọi là mạch hay mạch chính Như vậy nói chung mỗi nguyên tử cacbon có hai liên kết với các nguyên tử hay gốc nằm ở cạnh bên của mạch (gọi là nhánh bên) Nói chung cả trong mạch cũng như nhánh bên có thể chứa liên kết đôi Rất dễ nhận thấy rằng các phân tử cực lớn polyme này như gồm bới các đơn vị cấu trúc như những mắt xích lặp đi lặp lại và nối với nhau được gọi là me (mer xuất phát từ tiếng Hy Lạp “ meros “ có nghĩa là hợp phần) Me đơn giản nhất được gọi là monome (tức phân tử chỉ gồm một me), còn polyme có nghĩa là nhiều me b.Cấu trúc phân tử của PE(polyêtylen) Từ các phân tử êtylen C2H4 (ở dạng hơi) dưới tác dụng của xúc tác, nhiệt độ, áp suất thích hợp, liên kết đôi bị g∙y, mở về hai phía và sự hợp nhất lại của chúng sẽ tạo nên mạch và phân tử polyêtylen (PE) như ở hình 8.1

H H H H H H H H

       

(C = C)n (C  C )n  C  C  C  C 

       

H H H H H H H H a) b) c)

Hình 8.1. Quá trình hình thành phân tử polyêtylen: a phân tử êtylen, b nối đôi gãy và mở về hai phía, c mắt xích (me) hợp nhất thành polyêtylen c.Cấu trúc phân tử của các polyme thường gặp

Trên hình 8.2 trình bày các me của năm polyme thường gặp khác ngoài polyêtylen đ∙ trình bày

Nếu cứ một trong bốn nguyên tử hyđrô của me trong PE - polyêtylen được

thay thế bởi nguyên tử Cl, gốc mêtyl CH3, gốc benzyl (mạch vòng) sẽ lần lượt

được PVC - polyvinyl clorit (hình a), PP - polyprôpylen (hình b), PS - polystyren

(hìmh c)

F F

  Hình 8.2 Cấu trúc phân tử (me) của các polyme có

 C  C  dáng dấp như PE: a PVC (polyvinyl clorit), b PP

  (polyprôpylen), c PS (polystyren), d PMMA

F F (polymêtyn metacrylat) - thủy tinh hữu cơ,

e PTFE (polytetra fluoroêtylen).

e) PTFE

Nếu cứ hai trong bốn nguyên tử hyđrô trong PE được thay thế bởi gốc

metyl CH3 và gốc C2H3O sẽ được PMMA - polymetyl metacrylat còn gọi là thủy

tinh hữu cơ hay plexiglass (hình d) Khi cả bốn nguyên tử hyđrô trong PE được

thay thế bằng bốn nguyên tử fluor sẽ được PTFE - polytêtra fluoroetylen (hình e)

Trên hình 8.3 trình bày các me của bốn polyme khác là bakêlit (phenol

formaldehyte), nylon 6,6, PET (polyetylen terephthalate, a polyester) và

polycacbonat

Hình 8.3. Cấu trúc phân tử (me) của:

Chúng ta đ∙ khảo sát bản chất hóa học của me và mạch polyme, bây giờ

h∙y xem các mạch đó dài bao nhiêu tức khối lượng phân tử của polyme lớn như

thế nào, vì đại lượng này có ảnh hưởng nhất định đến các tính chất

Người ta nhận thấy rằng các phân tử polyme có khối lượng (chiều dài) hết sức khác nhau: một số phân tử tương đối nhỏ (mạch ngắn), một số lớn (mạch dài), còn đa số là trung bình Độ dài của mạch có ảnh hưởng lớn đến các nhiệt độ chảy

và biến mềm, các nhiệt độ này tăng lên theo sự tăng của khối lượng phân tử cũng

tức là chiều dài mạch Ví dụ polyme với khối lượng phân tử thấp (~ 100g/mol) ở nhiệt độ thường tồn tại ở dạng lỏng hay khí, trung bình (~ 1000g/mol) ở dạng sáp hay cao su mềm, cao (từ > 10000 tới hàng triệu g/mol) ở dạng chất rắn và đây mới

là mục tiêu cần đạt tới Song vấn đề ở đây không phải là giá trị khối lượng phân tử

trung bình mà là sự phân bố khối lượng phân tử theo từng nhóm giá trị: sự phân bố

đó càng rộng càng không tốt vì điều đó có nghĩa là có một tỷ lệ cao các phân tử với khối lượng thấp, ở trạng thái lỏng có tác dụng bôi trơn giữa các phân tử lớn làm cho vật liệu polyme trở nên mềm và dễ bị chảy khi chịu tải Do vậy người ta

cố gắng tạo nên polyme với khối lượng phân tử lớn và đồng đều đến mức có thể

Trong mục này khảo sát sự sắp xếp tương đối giữa các mạch trong khối vật liệu polyme Trước tiên h∙y nói về hình dạng mạch

Hình 8.4. Sơ đồ mạch cacbon trong mặt phẳng (a), trong không gian (b) và hình dạng mạch trong không gian với nhiều chỗ uốn, lượn, gập, vòng (c,d)

Cách biểu thị cấu trúc phân tử hai chiều như biểu thị ở hình 8.1c chỉ có tính

ước lệ vì thực tế góc liên kết đơn giữa hai nguyên tử cacbon không phải là 180onhư biểu thị bằng đường thẳng mà chỉ là 109o (chính xác là 109o,5) như ở hình

8.4a với khoảng cách giữa các nguyên tử là 0,154nm song không phải trong mặt

phẳng như hình 8.4b mà là trong không gian như hình 8.4c và các vòng tròn ở đáy

d)

các hình nón là biểu thị quỹ đạo của nguyên tử cacbon kế tiếp Như vậy trong thực

tế mạch polyme là đường g∙y khúc, dích dắc trong đó các liên kết đơn có thể quay

và uốn trong không gian chứ không phải là đường g∙y khúc dích dắc trong mặt

phẳng, càng không phải là đơn giản là đường thẳng, tuy nhiên theo quy ước vẫn sử dụng cách biểu thị đơn giản này

Trong thực tế khi mạch rất dài có thể có dạng hình dây rối với rất nhiều chỗ uốn, lượn, gập, vòng (hình 8.4d) do sự quay của các liên kết, nhờ vậy khoảng

cách r giữa hai đầu mạch nhỏ hơn rất nhiều so với tổng chiều dài của mạch Hình

dạng mạch như vậy quyết định các tính chất quan trọng của polyme trong đó nổi bật là tính đàn hồi cao như của cao su: giống sợi dây bị chùng, khi có lực kéo nó

được căng dài ra, rồi lại trở về khi bỏ lực Các tính chất cơ - nhiệt phụ thuộc vào khả năng quay của các đoạn mạch khi có ứng suất và nhiệt độ thay đổi Độ đàn hồi phụ thuộc nhiều vào cấu trúc và bản chất các me Trong các vùng có liên kết đôi hay có mạch vòng sự quay sẽ khó khăn hơn, như ở PS (hình 8.2c) với nhóm thế là vòng benzyl sẽ quay khó khăn hơn so với PE (hình 8.1c) tuy cả hai có cùng một kiểu mạch

Các tính chất vật lý của polyme không những chỉ phụ thuộc vào khối lượng

và hình dạng phân tử mà cả vào sự khác nhau trong cấu trúc mạch phân tử polyme

Kỹ thuật tổng hợp polyme ngày nay cho phép điều chỉnh cấu trúc sản phẩm theo một số hướng Về mặt cấu trúc mạch được chia ra bốn loại: thẳng, nhánh, lưới và không gian như biểu thị ở hình 8.5

Hình 8.5. Cấu trúc của polyme: a mạch thẳng, b mạch nhánh,

c mạch lưới, d mạch không gian (các nút tròn là các me)

Polyme thẳng (linear polymer)

Là loại polyme trong đó các me liên kết với nhau thành một mạch duy nhất Những mạch này rất mềm dẻo, có thể hình dung như những sợi dài (hình 8.5a), nằm cùng chiều sát bên nhau nên có khối lượng riêng lớn hơn Liên kết giữa các mạch thẳng là loại Van der Waals đóng vai trò quan trọng Các polyme thông

dụng có cấu trúc mạch thẳng là PE, PVC, PS, PMMA, chúng thường là nguyên liệu chính để chế tạo polyme với các kiểu mạch khác

Polyme nhánh (branched polymer)

Là loại có những mạch ngắn hơn (gọi là mạch nhánh) nối vào mạch chính (hình 8.5b) Các mạch ngắn (nhánh) được xem như một phần của phân tử, hình thành từ phản ứng phụ trong quá trình tổng hợp polyme Vì vướng các mạch nhánh, các mạch chính không thể nằm sát bên nhau, do vậy có khối lượng riêng

Polyme lưới (crosslinked polymer)

Các mạch cạnh nhau trong polyme này được nối với nhau bằng liên kết

đồng hóa trị ở một số vị trí trên mạch, nên mạch có dạng lưới (hình 8.5c) Thông thường quá trình tạo mạch lưới được thực hiện bằng cách cho thêm các nguyên tử hoặc phân tử có thể tạo nên liên kết đồng hóa trị với mạch chính, như cao su có loại mạch này nhờ lưu hóa (mục 8.3.4b)

Polyme mạch không gian (network polymer)

Các me ba chức năng có ba liên kết đồng hóa trị hoạt, hình thành nên lưới không gian ba chiều (hình 8.5d) thay thế cho khung mạch thẳng tạo nên bởi các

me hai chức năng Polyme gồm bởi các me ba chức năng được gọi là polyme không gian Các polyme có nối ngang ở dạng lưới cao cũng được liệt vào mạch không gian Các polyme không gian có tính chất cơ, nhiệt đặc biệt, điển hình là

Cần nhấn mạnh rằng thông thường một polyme không chỉ có một loại cấu trúc Ví dụ, polyme mạch thẳng có thể có một ít mạch nhánh và mạch lưới

Như đ∙ biết trong phân tử polyme, ngoài nguyên tử hyđrô ra còn có những nguyên tử khác (như F, Cl) và những nhóm nguyên tử (như CH3, C6H5) liên kết với nguyên tử cacbon mà người ta gọi chung là nhóm thế R Sự phân bố điều hòa và

đối xứng của những nhóm này có ảnh hưởng quan trọng đến tính chất

Hình 8.6. Me (a) và các dạng "đầu nối đuôi" (b), "đầu nối đầu " (c)

Giả sử ta có me dạng ở hình 8.6a, R có thể có các cách sắp xếp sau

- "Đầu nối đuôi" như biểu thị ở hình 8.6b, hình thái này chiếm ưu thế

- "Đầu nối đầu" như biểu thị ở hình 8.6b, hình thái này ít gặp vì có sự đẩy

của các cực khi các nhóm thế nằm cạnh nhau

Trong phân tử polyme tuy có cùng thành phần hóa học nhưng sự sắp xếp nhóm thế khác nhau cũng tạo nên hiện tượng gọi là đồng phân

Đồng phân không gian là hiện tượng tuy cùng có cấu trúc (ví dụ đầu nối

đuôi) nhưng sự sắp xếp nhóm thế có thể khác nhau Có thể có ba kiểu sắp xếp như biểu thị ở hình 8.7

 C  C  C  C  C  C  a R ở cùng một bên (izotactic),       b R ở cả hai bên(syndiotactic)

H R H R H H c R ngẫu nhiên (atactic)

c)

Khi tất cả các nhóm thế R đều nằm về cùng một bên của mạch như ở hình

a, polyme được gọi là izotactic Khi các nhóm R nằm cách đều về cả hai bên của

mạch polyme như ở hình b, polyme được gọi là syndiotactic Còn khi các nhóm R

nằm hoàn toàn ngẫu nhiên như ở hình c, polyme được gọi là atactic

Không thể dễ dàng chuyển đổi các dạng đồng phân không gian trên cho

nhau bằng cách quay đơn giản các nhóm R Thực tế sự định vị các nhóm thế R này

như thế nào xảy ra khi tổng hợp, nhưng bao giờ cũng tạo ra nhiều loại trong đó có

một loại ưu tiên

Đồng phân hình học chỉ xảy ra trong các me có liên kết đôi Ví dụ me của

izopren (cao su) có thể có hai cấu trúc tùy thuộc vào nhóm thế CH3 và nguyên tử H

nằm về một bên hay hai bên của mạch như ở hình 8.8 Tuy có cùng thành phần

như cao su tự nhiên nhưng do hình thái cấu tạo khác nên gutta percha có tính chất

khác rõ rệt Do có liên kết đôi “rất cứng“ nên không thể chuyển đổi các dạng đồng

phân hình học cho nhau bằng cách quay đơn giản

Các polyme vừa trình bày đều là các polyme đồng thể (homopolymer), vì

trong phân tử của nó chỉ gồm các me giống nhau Các polyme đồng thể quá đơn

giản về tính chất không đáp ứng hết được các yêu cầu kỹ thuật vì thế các nhà hóa

học đ∙ tìm cách “ghép“ các loại monome với nhau để tạo nên polyme đồng trùng

hợp với tính chất đa dạng hơn nhiều Giả sử có hai loại monome được biểu diễn

bằng o và • (hình 8.9) Tùy thuộc vào quá trình trùng hợp và tỷ lệ giữa các loại

monome, chúng có thể có các cách sắp xếp khác nhau trong mạch Có thể thấy có

bốn loại polyme đồng trùng hợp:

- ngẫu nhiên (hình a), các monome phân bố không theo quy luật,

- xen kẽ (hình b), các monome phân bố nối tiếp lẫn cho nhau,

- khối (hình c), các monome thứ nhất phản ứng với nhau thành khối, liên

kết với khối của monome thứ hai,

- ghép (hình d), mạch chính là một monome, còn các nhánh là thuộc monome khác

Hình 8.9. Sơ đồ mạch của các polyme đồng trùng hợp:

a ngẫu nhiên,

b xen kẽ,

c khối,

d ghép

Khác với kim loại thường tồn tại ở trạng thái tinh thể, các polyme thường tồn tại ở cả hai trạng thái tinh thể và vô định hình

Khi tồn tại ở dạng tinh thể, trật tự sắp xếp của polyme không phải là của ion, nguyên tử, phân tử như ở các nhóm vật liệu khác mà là của mạch phân tử Trong polyme tinh thể các mạch sẽ sắp xếp sao cho các nguyên tử ở trong một trật

tự nhất định Như mạng tinh thể của PE (polyêtylen) ở hình 8.10, trong đó cũng xác định được ô cơ sở trực giao (các góc ở đỉnh đều bằng 90o) với a = 0,255nm, b

= 0,494nm, c = 0,741nm

Gần đây nhất, cách hình dung trạng thái tinh thể của polyme theo mô hình mạch gấp cho ta quan niệm chính xác hơn về cấu trúc này

Theo mô hình này các tinh thể polyme có hình dạng đều đặn, là tấm mỏng

với chiều dày cỡ 10nm và chiều dài cỡ 10àm, được tạo thành từ các mạch phân tử

tự gấp đi gấp lại nhiều lần với các nếp gấp nằm ở trên bề mặt như biểu thị ở hình 8.11 Chiều dài trung bình của mạch rõ ràng là lớn hơn rất nhiều chiều dày của tấm

Một số các polyme kết tinh từ trạng thái nóng chảy tạo thành các tiểu cầu (spherulit); như tên gọi của nó, các tiểu cầu có dạng hình cầu Có thể coi tiểu cầu

là các tấm (dày ~ 10nm) tinh thể mạch gấp và vô định hình đan xen nhau, hướng từ

tâm ra ngoài Phân cách giữa các tấm này là vùng vô định hình (hình 8.12) hay nói khác đi các tấm này được liên kết với nhau bằng các mạch nối hoặc giằng qua các vùng vô định hình này Vậy đối với polyme, tiểu cầu được xem như là những hạt như trong kim loại và ceramic đa tinh thể (tuy nhiên tiểu cầu cũng không có cấu trúc tinh thể hoàn toàn vì nó gồm các tấm tinh thể và các khu vực vô định hình gồm các mạch nối chạy qua) PE, PP, PVC, nylon hình thành cấu trúc tiểu cầu khi chúng kết tinh từ trạng thái nóng chảy

Hình 8.10. Mạng tinh thể PE và ô cơ sở Hình 8.11. Cấu trúc mạch gấp của

tấm polyme tinh thể.

Hình 8.12. Tổ chức của tiểu cầu gồm từ các tiểu tinh thể gấp khúc dạng tấm

b.Mức độ kết tinh

Có thể xem tổ chức của polyme thực tế như trình bày ở hình 8.13 Trong đó hình a coi polyme gồm bởi các mạch và bất cứ loại polyme nào cũng gồm hai vùng: tinh thể (các mạch sắp xếp thứ tự) và vô định hình (các mạch sắp xếp ngẫu nhiên) Hình b coi polyme gồm các tiểu cầu trong đó các tấm tinh thể xuất hiện như những vạch sáng, vùng tối giữa các tiểu cầu là miền vô định hình

Mức độ kết tinh của polyme dao động rất mạnh từ không (0) đến gần như hoàn toàn (95%) phụ thuộc vào tốc độ làm nguội khi đông rắn và hình thái cấu tạo của mạch Để có sắp xếp trật tự, polyme phải được làm nguội chậm để các mạch

có thời gian chuyển động và sắp xếp lại theo trật tự Các polyme với me phức tạp (như polyizopren) kết tinh khó khăn, các polyme với me đơn giản như PE, PTFE

có thể kết tinh ngay cả khi làm nguội nhanh Mạch nhánh gây khó khăn cho quá trình dịch chuyển sắp xếp lại nên không bao giờ có mức độ kết tinh cao; nếu mạch nhánh quá nhiều polyme hoàn toàn không kết tinh Polyme lưới có thể kết tinh với mức độ thấp, còn polyme không gian là hoàn toàn vô định hình Các đồng phân cũng ảnh hưởng đến kết tinh: loại atactic (ngẫu nhiên) khó hơn, còn isotactic và syndiotactic dễ hơn do chúng có sắp xếp điều hòa về hình học của các nhóm thế nên thuận tiện cho quá trình các mạch phân bố cạnh nhau Còn đối với polyme

đồng trùng hợp, sự sắp xếp ngẫu nhiên làm giảm khuynh hướng kết tinh nên loại xen kẽ và khối có khả năng kết tinh cao hơn, riêng loại ghép là hoàn toàn vô định

ở mức độ nào đó, tính chất của polyme bị ảnh hưởng của mức độ kết tinh Polyme tinh thể bền hơn và nóng chảy ở nhiệt độ cao hơn, có khối lượng riêng cao hơn so với polyme vô định hình

Hình 8.13. Tổ chức của polyme

Người ta cũng thử cơ tính của polyme như đối với kim loại Trên hình 8.14 trình bày các dạng biểu đồ kéo của các vật liệu polyme chính Đối với polyme giòn, nó bị đứt ngay khi còn biến dạng đàn hồi (đường A) Còn đối với polyme dẻo, giống như nhiều kim loại: qua ba giai đoạn đàn hồi - dẻo - phá hủy (đường B) Trong polyme có nhóm với độ đàn hồi cao như cao su, nó bị biến dạng hoàn toàn

đàn hồi tức loại biến dạng lớn gây ra do ứng suất thấp song hồi phục được - hoàn toàn bị mất đi khi bỏ tải trọng (đường C) Có thể biết được cơ tính của một số polyme ở bảng 8.1 Qua bảng này có thể thấy so với thép, polyme có độ bền thấp: môđun đàn hồi E chỉ là 7MPa với loại đàn hồi, cao nhất cũng chỉ là 4000MPa với loại cứng, trong khi đó thép thường là 30GPa, giới hạn bền σb chỉ khoảng 50MPa thấp hơn thép thường khoảng 10 lần Về độ dẻo thì rất nhiều polyme có độ gi∙n dài δ lớn hơn 100%, thậm chí có thể tới 1000%, trong khi đó thép thường chỉ là vài chục %

Hình 8.14. Biểu đồ kéo của vật liệu

polyme giòn (đường A), dẻo (đường

B) và đàn hồi cao (đường C)

PP 50-60% t.thể 0,90-0,91 1,14-1,55 31-41 100-600 -20

168-175

PS vô định hình 1,04-1,05 2,28-3,28 36-52 1,2-2,5 74- 105 - PMMA vô định hình 1,17-1,20 2,24-3,24 48-76 2-10 85- 105 -

265 Polycacbonat vô định