VẬT LIỆU HỮU CƠ POLYMER (Cơ học ứng dụng)

CHƯƠNG 8. VẬT LIỆU HỮU CƠ - POLYMER
8.1. Khái niệm về Polymer
8.2. Đặc điểm của vật liệu hữu cơ
8.3. Các loại polyme thông dụng và công dụng:

CHƯƠNG 8. VẬT LIỆU HỮU CƠ - POLYMER

8.1. Khái niệm về Polymer
8.1.1. Định nghĩa:
Polymer( còn gọi là cao phân tử ) là phân tử của nhiều hợp phần cơ bản
( xuất phát từ tiếng Hy lạp cổ)
- Theo định nghĩa của liên hiệp quốc tế về hóa cơ bản và ứng dụng: 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 từ hay một nhóm nguyên tử, liên kết với nhau với số
lượng khá lớn để tạo nên một loại tính chất mà chúng thay đổi khơng đáng kể
khi lấy đi hoặc thêm vào một vài đơn vị cấu tử.
8.1.2. Phân loại Polyme: Có nhiều cách phân loại khác nhau:
8.1.2.1. Theo nguồn gốc hình thành:
- Polyme thiên nhiên: Có nguồn gốc thực vật hay động vật. Xenlulo, enzim, cao
su, amiang, graphit thiên nhiên,...
- Polyme tổng hợp nhân tạo: được sản xuất từ những loại manome bằng cách
trùng hợp, trùng ngưng như các loại polyephin, polyvinylclorit, polyamit và cao
su nhân tạo, nhựa epoxy. Đây là loại quan trọng nhất được sử dụng rất rộng rãi
trong thực tế.
8.1.2.2. Theo thành phần:
- Polyme hữu cơ: là polyme có mạch cơ bản là một hydrocacbon ( các chất dẻo
và cao su).
- Polyme vô cơ: Là các polyme mà trong mạch cơ bản của chúng khơng có
hydrocacbon. Thành phần cơ bản của polyme vơ cơ là Ơ xyt silic, ơ xyt nhơm, ơ
xyt canxi, ơ xyt magie
- Polyme hữu cơ phân tử ( chỉ có một phần hữu cơ): trong mạch cơ bản của

chúng chứa các nguyên tử vô cơ: Si, Ti, Al và nối với các gốc hữu cơ. Metyl (CH3), Phenol (- C6H5), etyl (- C2H5)
8.1.2.3. Theo cấu trúc (hình dáng đại phân tử).
- Polyme mạch thẳng : đại phân tử của nó là các chuỗn các mắt xích nối liền
nhau theo đường dích dắc hay hình xoắn ốc (loại này có polyetylen PE,
Polyamid PA, polystyrn).
- Polyme mạch nhánh: là loại mạch thẳng nhưng trong đại phân tử của nó có
thêm các nhánh sự sắp xếp ít chặt chẽ dẫn đến tỷ trọng của polyme giảm
(Polyizobutylen )
- Polyme khơng gian: Các monome có ba nhóm hoạt động tạo nên polyme
khơng gian ba chiều, có tính cơ lý, nhiệt đặc biệt (nhựa epoxy, phenol formalđehyt).

1


- Polyme mạng lưới: Các mạch cạnh nhau trong polyme này được nối với nhau
bằng liên kết đồng hóa trị, cao su lưu hóa.

Hình 8.1. Cấu trúc khái qt của polyme
a.Polyme mạch thẳng
b. Polyme mạch nhánh
c. Polyme mạng lưới
d. Polyme mạng khơng gian
8.1.2.4. Phân loại theo tính chịu nhiệt
a. Polyme nhiệt dẻo (thermoplastic):
Thường là các polyme mạch thẳng, ở nhiệt độ nhất định dưới tác dụng của
lực các phần tử có thể trượt lên nhau có nghĩa là vật liệu có thể dẻo, dễ nóng
chảy, nhưng ở nhiệt độ thấp hơn nó lại rắn trở lại. Gọi là polyme nhiệt dẻo vì
nhiệt độ càng tăng thì tính dẻo càng tăng, polyme này có thể hịa tan trong dung
mơi, dễ gia công , dễ tái sinh. Polyme nhiệt dẻo là loại polyme có giá trị thương
mại quan trọng nhất.

b. Polyme nhiệt rắn (thermoset):
Là các polyme hay oligome (Polyme có khối lượng phân tử khơng cao
lắm) chúng thường có cấu trúc khơng gian. Được chế tạo từ các polyme mạch
thẳng, hoặc nhánh bé nấu chảy, cho thêm vào các chất đóng rắn  tạo hình dưới
tác dụng xúc tác của các chất đóng rắn  chuyển thành mạch khơng gian khơng
thuận nghịch.
Khác polyme nhiệt dẻo, polyme nhiệt rắn ở nhiệt độ cao khơng bị chảy
mềm hay nóng chảy và khơng hịa tan vào dung mơi thành polyme nhiệt rắn,
khơng có khả năng tái sinh, khơng gia cơng được .
8.1.3. Tính chất của polyme:
a. Tính nóng chảy và hịa tan:
Do khối lượng phân tử lớn nên polyme không thể biến sang trạng thái khí.
Khi nung nóng chúng khơng thể chuyển thành chất lỏng có độ nhớt thấp (sền
2


sệt). Nếu trọng lượng phân tử lớn và độ phân cực mạnh thì chúng khơng hịa tan
trong bất kỳ dung mơi nào.
b. Cơ tính của polyme.
Cơ tính của polyme phụ thuộc vào cấu tạo, nhiệt độ và các trạng thái vật lý.
- Biến dạng dưới tác dụng của lực. Mô đun đàn hồi, giới hạn bền kéo, tính dẻo
và độ giãn dài của polyme được xác định tương tự như kim loại σ b kéo khoảng
100MPa, độ giãn dài tương đối cực đại khoảng 1000% (kim loại tối đa 100%).
Khi nhiệt độ tăng mô đun đàn hồi giảm, độ bền kéo giảm, độ dẻo tăng.
- Polyme nhẹ, bền nên độ bền riêng lớn, chịu ăn mòn tốt.
- Polyme hầu như không dẫn nhiệt, không dẫn điện.
- Tăng tốc độ biến dạng làm tăng tính dẻo và có thể biến dạng dị hướng.
- Độ bền mỏi: Có thể bị phá hủy mỏi dưới tác dụng của tải trọng có chu kỳ, tuy
nhiên giới hạn mỏi nhỏ hơn rất nhiều so với kim loại.
- Độ dai va đập: phụ thuộc vào điều kiện tác dụng của lực va đập, nhiệt độ và

kích thước mẫu. Nhìn chung độ dai và đập của polyme nhỏ
- Độ bền xé: là năng lượng cần thiết để xé rách một mẫu có kích thước theo tiêu
chuẩn, quết định khả năng làm việc của bao bì, vỏ bọc dây điện...
c. Các tính chất khác:
- Tính chất lão hóa: là hiện tượng độ cứng tăng dần, mất dần tính đàn hồi và dẻo
dẫn tới polyme bị giòn, cứng và nứt vỡ theo thời gian. Thông dụng nhất là sự ơ
xy hóa polyme bởi ơ xy của khí quyển.
- Khối lượng riêng: khơng cao lắm 0.9 ÷ 2,2 G/cm2 tùy từng loại.
- Độ bền riêng (độ bền kéo/ khối lượng riêng): một số polyme lớn hơn kim loại
(Nylon 6,6 có độ bền riêng là 71km).
- Tính chất nhiệt: Dẫn nhiệt rất thấp, thường làm chất cách nhiệt dưới dạng bọt,
mút...
- Tính chất điện: Điện trở suất rất cao 10 15 ÷ 1018 Ω/cm là chất cách điện tuyệt
vời.
- Tính chất quang: một số polyme có thể truyền ánh sáng. Muốn vậy chúng phải
ở dạng vơ định hình ( Poly cacbonat PC truyền sàng 80%, Polyeste PET truyền
sáng 90%)

8.2. Đặc điểm của vật liệu hữu cơ
8.2.1. Hình thành vật liệu polyme
- Nguyên vật liệu ban đầu cho vật liệu polyme. Ngày nay cơng nghiệp hóa dầu
cung cấp ngun liệu sản xuất ra các polyme do đó hóa dầu  tăng cơng nghiệp
polyme  kích thích cơng nghiệp hóa dầu. Ba phương pháp chính để sản xuất
các hợp chất trung gian này:
+ Tách các bua hydro riêng biệt trong dầu mỏ sau đó chuyển thành các
hợp chất cần thiết:
n- butan = butaduen và xyclohexan bằng monome nylon
+ Tạo các olefin của quá trình cracking  hydro cacbon mạch thẳng
+ Tạo các hợp chất thơm: Benzen bằng quá trình Platforming  hydro
cacbon thơm các hợp chất trung gian tạo bằng các phương pháp trên  oxy hóa,

halogen hóa, hydrat hóa  hợp chất khác.
3


- Các phương pháp tổng hợp polyme
1. Phương pháp trùng hợp: Các monome dùng để trùng hợp là các hợp chất đơn
giản có khối lượng phân tử thấp, có chứa các nối đơi ví dụ như n(CH2= CH2)
CH2= CH2  - CH2 - CH2Đa số polyme nhiệt dẻo trùng hợp theo phương pháp này

Để trùng hợp phải có các tác nhân: tia giàu năng lượng, nhiệt hoặc dùng chất
khởi tạo cơ chế trùng hợp dùng chất khởi tạo qua ba giai đoạn:
- Khởi đầu: tạo các gốc tự do của beroxytbenzoil:

Các gốc tự do (R*) kết hợp với mono me tạo gốc tự do mới:

Giai đoạn phát triển:
Các gốc tự do hình thành ở giai đoạn mở đầu tiếp tục phản ứng với các monome
tạo ra các gốc tự do mới có mạch dài hơn và độ hoạt động hóa học tương tự
phản ứng lặp lại hàng ngàn lần trong vài giây do đó số monome tham gia vào
một gốc cao phân tử phụ thuộc vào điều kiện phản ứng và yêu cầu đối với sản
phẩm.
Giai đoạn kết thúc có nhiều cách kết thúc:
ví dụ: kết hợp hai gốc tự do đang phát triển thành một phân tử polyme

Phan ứng chuyển mạch với một chất biến đổi có thể là dung mơi, chất ổn định,
hoặc chất điều hịa khối lượng phân tử.
Ví dụ dùng chất điều hịa mạch RY

4

Trong phản ứng này mạch cao phân tử ngừng phát triển (điều hịa mạch) nhưng
khơng làm giảm nồng độ của gốc tự do do đó vận tốc trùng hợp khơng giảm
2.Phản ứng trùng ngưng.
Khác với phản ứng trùng hợp xảy ra ở nối đôi của monome (tách các liên kết
đôi), phản ứng trùng ngưng xảy ra giữa các nhóm chức khác nhau của monome
Ví dụ: Sản xuất polyeste từ diaxit và diol

Như vậy một nhóm axit phản ứng với một nhóm hydroxyl tạo liên kết este với
sản phẩm phụ là nước. Phân tử tạo thành vẫn có hai nhóm chức – OH và –H ở
cuối mạch. Chúng lại phản ứng tiếp cho đến khi đạt khối lượng phân tử cần thiết
[- OC –R1 – CO – O – R2- CO - ]n. Polyeste mạch thẳng polyamit (nylon ) được
sản xuất bằng phương pháp trùng ngưng diamin và diaxit.
[- NH –R1 – NH – CO – R2- CO - ]n dùng chất xúc tác (kiềm hoặc axit ) cuối
phản ứng dùng chân không để tách nước và các sản phẩm phụ có khối lượng
phân tử thấp.
Khác phản ứng trùng hợp xảy ra nhanh ( vài giây ) phản ứng trùng ngưng xảy ra
từng bậc thời gian dài.
8.2.2. Phân tử polyme:
Phân tử polyme cịn gọi là cao phân tử. Nói chung gồm có mạch chính
gồm các ngun tử cacbon hai hóa trị liên kết với hai nguyên tử cacbon bên
cạnh, còn hai hóa trị cịn lại có thể liên kết với ngun tử hoặc nhóm nguyên tử
tạo thành các nhánh bên của mạch.
Ví dụ polyetylen [C2H4]n

Đơn vị cấu trúc bằng mắt xích là một đơn vị cấu trúc C 2H4 thực tế góc liên kết
giữa các ngun tử cacbon khơng phải là 1800 mà là 1090 do đó khoảng cách hai
nguyên tử cac bon là 0,154nm đơn giản từ đây chỉ vẽ thẳng một nguyên tử H
được thay bằng nguyên tử Cl. Polyvinylclorit (PVC). Thay một nguyên tử H
bằng nhóm metyl (CH3) đấy là polypropylen (PP).

5


Tất cả các mắt xích giống nhau như trong PVC, PP, PE gọi là homopolyme.
Thực tế để thay đổi tính chất của polyme người ta có thể trùng hợp hai hay nhiều
monome sản phẩm được gọi là copolyme (Polyme đồng trùng hợp).

8.3. Các loại polyme thông dụng và công dụng:
8.3.1. Chất dẻo:
Là loại vật liệu có số lượng và sản lượng cao nhất hiện nay.
8.3.1.1. Khái niệm:
Chất
dẻo
là
những
vật
liệu
polime
có
tính
dẻo
- Tính dẻo là tính bị biến dạng khi chịu tác dụng của nhiệt, áp lực bên ngoài và
vẫn giữ nguyên được sự biến dạng đó khi thơi tác dụng
- Có một số chất dẻo chỉ chứa polime song đa số chất dẻo có chứa thành phần
khác ngoài polime bao gồm chất độn (như muội than, cao lanh, mùn cưa, bột
amiăng, sợi thủy tinh…làm tăng một số tính năng cần thiết của chất dẻo và hạ
giá thành sản phẩm) và chất dẻo hóa (làm tăng tính dẻo và dễ gia cơng hơn)
8.3.1.2. Các chất dẻo nhiệt dẻo:
1. Chất dẻo POLYETYLEN (PE).

Nhựa polyetylen (PE) được tổng hợp từ etylen va có cơng thức cấu tạo
như sau:

Nhựa PE là mơt polyme nhiệt dẻo, có độ cứng khơng cao, khơng mùi,
khơng vị. PE có cấu trúc tinh thể giống parafin. Độ kết tinh không bao giờ đạt
100%. Phân tử PE có cấu trúc mạch sợi, ngồi ra nó cũng có những nhóm mạch
nhánh. Khi các mạch nhánh càng nhiều và càng dài thì độ kết tinh càng kém.
Những phần sắp xếp không trật tự trong PE sẽ nằm ở vùng vơ định hình. Khả
năng kết tinh nhanh của PE chính là do các mắt xiachs của nó rất ngắn và chỉ
bằng 2,53A0 (1 A0 = 10-10m) và độ cân đối cao. Nhiệt độ tăng thì tỷ lệ pha vơ
định hình tăng và tăng nhanh khi gần tới nhiệt độ chảy mềm.
Tùy thuộc vào các phương pháp sản xuất (áp suất và nhiệt độ) mà nhựa PE có
các loại như sau: Nhựa HDPE (high density PE – được gọi là PE tỷ trọng cao,
PE cao áp ), LLDPE ( linear low density PE – được gọi là PE mạch thẳng tỷ
trọng thấp )...
- Tính chất cơ học của PE : phụ thuộc vào trọng lượng phân tử và mức độ kết
tinh của nó. Những màng mỏng PE ( LLDPE ) thì mềm và đàn hồi cịn những
tấm dày PE (HDPE) thì cứng. Tính chất cơ học của PE phụ thuộc nhiều vào
nhiệt độ. Khi nhiệt độ tăng thì độ bền kéo và uốn giảm rõ rệt. Nhựa PE tấm dày
tuy cứng nhưng cũng có thể chảy ngay trong điều kiện nhiệt độ bình thường khi
chịu tác dụng một lực nhỏ và trong thời gian dài
- Ứng dụng của PE:
6


+ Được sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ, trong kỹ thuật điện, điện
tử, trong ngành cơng nghiệp hóa chất, trong dân dụng... Từ PE có thể sản xuất ra
các sản phẩm như dây cách điện, ống dẫn, màng mỏng, sợi, túi đựng hóa chất,
các loại thùng chứa, chai lọ sản xuất các sản phẩm gia dụng, sản xuất các sản
phẩm dạng tấm cho các nhu cầu đặc biệt...

+Bọc dây điện, dây cáp.PE có tính chất cách điện cao, độ thấm hơi nước
nhỏ, nên được sử dụng rất rộng rãi để bọc dây điện trong nhiều lĩnh vực như dây
điện thoại, điện tín, đài thu phát, dùng cho điện cao tần...Dùng dây điện bọc
bằng PE tốt hơn nhiều so với bọc bằng cao su, vì bọc bằng PE vừa nhẹ, mềm
mại và chịu được tác điện thế đánh thủng lớn hơn với cao su. Dây cáp điện bọc
bằng PE cho phép sử dụng với điện thế 8KV
+ Sản xuất ống dẫn: PE là loại vật liệu được sử dụng để chế tạo ra các loại
đường ống nhiều nhất. Vì ống PE khơng bị ăn mịn, Sức cản nhỏ khi có chất
lỏng chảy qua, lắp ráp dễ dàng, mềm và chịu lạnh tốt.
+ Màng và tấm PE
2.Polypropylen (PP).
Polypropylen là một trong những hydrocacbua không no được nghiên cứu
nhiều nhất. Polypropylen được tổng hợp từ Propylen. Nguồn nguyên liệu chính
để sản xuất là dầu hỏa.
Polypropylen có cấu trúc hóa học như sau:-(C3H6)n
- Tính chất của Polypropylen: Polypropylen được sản xuất ở dạng bột và hạt. Tỷ
trọng của PP vào khoảng 0,90 ÷ 0,92 G/cm 3. PP không mùi, không vị, không
độc, PP có độ bóng cao, tính bám dính kém , PP có tính kháng nhiệt tốt hơn PE
đồng thời tính chất cách điện và tính chất hóa học cũng rất tốt.

+ tính chất nhiệt học: PP có nhiệt độ nóng chảy cao (160 ÷ 180 0C). Nếu khơng
có sự tác dụng của ngoại lực thì PP có thể giữ được trạng thái kích thước ba
chiều ở nhiệt độ gần 1500C.
+ Độ bền hóa học: Ở nhiệt độ thường PP khơng hịa tan trong dung mơi hữu cơ.
Nó chỉ trương nở trong các hydrocacbua thơm và hydrocacbua clorua hóa.
Nhưng ở nhiệt độ cao hơn 800C , PP bắt đầu hòa tan trong hai lớp dung mơi trên.
+ Tính chất cơ học của PP. Dưới tác dụng của tải trọng thì PP bị biến dạng
và có hiện tượng chảy lạnh. Nếu nhiệt độ tăng thì độ bền kéo của PP sẽ giảm.
Nếu ở nhiệt độ 200C độ bền của PP là 55 ÷ 60N/mm 2 thì ở nhiệt độ chỉ cịn lại 8
÷ 9N/mm2. PP là loại vật liệu chất dẻo có tỷ trọng thấp nhất, nhưng độ bền kéo

và độ bền nhiệt thì PP vượt hơn hẳn PE, và một số PVC mềm. Tính chất ách
điện và bền với nước của PP gần với các loại PE. Nhược điểm của PP là chịu
nhiệt độ thấp kém từ (- 5 đến – 150C).
- Ứng dụng của PP: là loại vật liệu dẻo được dùng nhiều trong lĩnh vực công
nghiệp và dân dụng. Nguyên liệu PP thường được chế tạo dưới dạng hạt. PP có
trọng lượng phân tử cao, được sử dụng để sản xuất các loại sản phẩm ống,
màng, dây cách điện, kéo sợi.

7


+ Nắp chai nước ngọt, thân, và nắp bút mực, hộp nữ trang, két bia, hộp
đựng thịt
+ Dùng kháng hoá chất: chai lọ thuốc y tế, màng mỏng bao bì, ống dẫn,
nắp thùng chứa dung môi
+ Dùng cách điện tần số cao: làm vật liệu cách điện tần số cao, tấm, vật
kẹp cách điện
+ Dùng trong ngành dệt,…..Sợi dệt PP, dép giả da đi trong nhà.
3. Nhựa POLYIZOBUTYLEN (PIB)
- Tính chất của nhựa PIB: có thể trùng hợp theo cơ cấu gốc tự do hay ion.
Dưới tác dụng của các chất khơi mào, sản phẩm tạo hình có phân tử lượng
khơng cao, vì trong trường hợp này tốc độ phản ứng ngắt mạch tương đối lớn và
cản trở không gian do các nhóm thế gây nên.
- Nguyên liệu để sản xuất PIB là izobutylen. Monome này ddowcj sản
xuất bằng cách nhiệt phân dầu hỏa. Cơng thức hóa học của PIB là ...(-CH 2CH3CCH3- CH2 - CH3CCH3- CH2 - CH3CCH3- )n
PIB là vật liệu mềm dẻo giống như cao su và có cấu trúc mạng thẳng (sợi ) đầu
nối đi. Pha tinh thể này dễ dàng bị phá hủy khi tăng nhiệt độ đến 50 ÷ 70 0C
hoạc khi ngừng kéo căng,
- Ứng dụng của PIB được ứng dụng nhiều nhất trong cơng nghiệp hóa
chất. Nó dùng để làm tấm lót, vật đệm và màng bảo vệ chống ăn mòn, dây cách

điện.
4. POLYSTYREN (PS).
Nhựa PS được sản xuất bằng cách trùng hợp các monome styren. Do vậy
cơng thức hóa học của Polystyen là (- CH 2- CHC6H5- CH2-CHC6H5-CH2CHC6H5- )
Các dạng cấu tạo của Polystyren

8


Polystyren hay được viết tắt là PS, là một loại nhựa nhiệt dẻo, được tạo thành từ
phản ứng trùng hợp stiren.
PS là loại nhựa cứng trong suốt, khơng có mùi vị, cháy cho ngọn lửa không ổn
định. PS không màu và dễ tạo màu, hình thức đẹp, dễ gia cơng bằng phương
pháp ép và ép phun (nhiệt độ gia công vào khoảng 180o đến 200oC).
- Tính chất của PS: là loại nhựa cứng trong suốt, khơng có mùi, vị, cháy cho
ngọn lửa sáng, có muội mùi khí ga. PS bền vững trong các axit hữu cơ (HCl,
H2SO4), ngoài ra PS còn bền với nước, rượu, xăng, dầu thảo mộc và dung dịch
muối. PS có phân tử lượng thấp rất giịn và có độ bền kéo thấp. Khi phân tử
lượng tăng lên thì độ bền cơ và nhiệt tăng, nhiệt độ chảy mềm tăng độ giòn giảm
đi. Nếu đạt đến mức độ trùng hợp nhất định thì tính chất cơ học sẽ không thay
đổi nhiều. Giới hạnbền khi kéo sẽ giảm đi nếu nhiệt độ tăng lên. Độ dãn dài
tương đối sẽ bắt đầu tăng khi đat tới nhiệt độ 80 0C. Vượt quá nhiệt độ đó PS sẽ
trở nên mềm và dính tựa như cao su. Bởi vậy PS chỉ được dùng ở nhiệt độ thấp
hơn 800C. PS có một số chỉ tiêu về tính chất cơ học như sau.
Nhiệt độ thủy tinh hóa của nhựa PS là 80 – 85 0C lớn hơn nhiệt độ đó PS chuyển
sang trạng thái mềm cao, trạng thái này duy trì trong khoảng từ 80 0C đến 1500C.
Như vậy nhiệt độ làm việc cho phép của nhựa PS là 70 – 75 0C . PS có tính cách
điện rất cao

9

Tỷ trọng, g/ cm3
Độ bền, N/mm2
Khi kéo
- Khi uốn
- Khi nén
Modun đàn hồi kéo, N/mm2
Độ dai va đập, KJ/m2
Độ cứng Brinel, N/mm2
Hệ số dãn dài
Nhiệt độ biến dạng ở tải trọng
185N/cm2, 0C

1.05 ÷ 1.06
35 – 59
56 – 133
80- 112
(2,8 -3.5)103
12 – 20
140 – 160
(6 – 8 )10-5
80 – 88

- Ứng dụng: Nhựa PS thường được dùng làm hỗn hợp nhựa tẩm và bọc dây cáp
cao tần, sản xuất các sản phẩm dùng trong kỹ thuật vơ tuyến điện, cịn dùng để
chế tạo tấm panel đèn, lõi cuộn trở kháng... Polystyren PS công dụng làm hộp ắc
quy, bảng điện trong nhà, đồ chơi tường nhà, dụng cụ gia đình.
5. POLYVINYLCLORIT (PVC).

Nhựa PVC có cấu trúc hóa học như sau:

Trong mạch đại phân tử của PVC các nguyên tử clo sắp xếp theo vị trí 1,3 và có
cấu tạo như sau:
- CH2- CHCl- CH2- CHCl- CH2 – CHCl –
PVC ở dạng bột màu trắng được trùng hợp từ các đơn phân tử vinylclorit. PVC
tồn tại ở 3 dạng huyền phù, nhũ tương, trùng hợp khối. Các đại phân tử trong
PVC có độ phân nhánh không cao, cho nên với cách chế tạo khác nhau, phân tử
lượng trung bình của chúng cũng gần như nhau, PVC là nhựa vơ định hình nên
trong suốt. Tỷ trọng của PVC vào khoảng 1.38 – 1.4G/cm 3, PVC khơng độc nó
10


chỉ độc bởi phụ gia cho thêm vào, PVC chịu va đập kém, để tăng cường tính
chịu va đập cho PVC thường dùng chủ yếu các chất sau: MBS (metacrylat
butadien styren), ABS, CPE (Polyetylen clo hóa) và EVA ( etylenvinylaxetat)
với tỷ lệ từ 5 – 15%.
- PVC là vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ vì nhiệt độ > 140 0C thì bắt đầu phân
hủy, đến nhiệt độ 1700C thì q trình phân hủy nhanh giải phóng HCl và độ sẫm
màu tăng dần từ trắng  vàng  da cam  đỏ nâu  đen.
- Một số chất phụ gia hay dùng cho PVC:
+ Chất độn: Đưa chất độn vào trong PVC nhằm làm giảm giá thành và
tăng độ cứng của sản phẩm. Đối với sản phẩm dạng màng mỏng thì khơng nên
dùng chất độn vì có chất độn sẽ làm giảm tính chất của màng. Trong PVC
thường dùng chất độn dạng bột mịn CaCO 3, BaSO4 với hàm lượng không quá
20%.
+ Chất bôi trơn: Thường dùng loại Parafin, axit stearic để tránh nhính
giữa nhựa với bề mặt lịng xylanh, vít xoắn và khn.
+ Chất tạo màu: Thường dùng cadimi, màu nâu, oxit sắt, vàng cadimi,
than đen dạng bột.

- Ứng dụng của PVC: Khi chuyển hóa PVC thành vật liệu người ta tách ra làm
hai nhóm chính là PVC cứng và PVC mềm.
+ PVC cứng: là chất dẻo trên cơ sở nhựa PVC mà thành phần của nóa chủ
yếu là bột PVC, chất ổn định nhiệt, chất bôi trơn và các phụ gia khác...được sử
dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp hóa học để vận chuyển chất lỏng, chất
khí thay cho các ống thép, gang và nhơm, chì, đồng và các nghành cơng nghiệp
khác. Nhược điểm chính của PVC cứng là nhiệt độ làm việc thấp đến 60 0C, biến
dạng dài tương đối hơi lớn, giòn ở nhiệt độ thấp và khi làm việc lâu dài thì khả
năng chịu tải thấp. Ống dẫn bằng PVC cứng được lắp ghép với nhau bằng
phương pháp hàn, dán hoặc mối ghép mặt bích và ghép ren. Có thể dùng ống
PVC cứng để dẫn nước, xăng dầu, và khí ở nhiệt độ khơng q 60 0C. Nhựa
PVC cứng rất phù hợp khi dùng trong các thiết bị thơng gió, chế tạo ống dẫn,
cánh quạt.
+PVC mềm: có chất hóa dẻo để sản xuất ra các sản phẩm có tính chất
mềm mại, có độ dẻo khi hạ thấp nhiệt độ. Loại vật liệu này phù hợp trong gia
công các sản phầm như màng mỏng, lớp phủ, bột nhão, nhựa xốp, vải giả da....
6. NHỰA POLYAMID (PA), NYLON
PA là sản phẩm của quá trình trùng ngưng các axit amin hoặc hợp chất của nó.
Trong cơng nghiệp chất dẻo tồn tại các nhóm polyamid sau đây:
+ Sản phẩm của q trình trùng ngưng các axit amin có dạng:
[ - NH(CH2)X- CO - ]m nếu x= 5 ta có PA6 ; x = 10 ta có
+ Sản phẩm của q trình trùng ngưng giữa diamin và dicacbonaxit có
cấu trúc:
[ - NH(CH2)XNH- CO(CH2)yCO - ]n nếu x = 6, y = 4 ta có PA6.6
Nếu x = 6, y = 8 ta có PA6.10
- Tính chất của PA: Polyamid là chất dẻo có màu vàng nhạt, đục mờ và nóng
chảy trong khoảng nhiệt độ có giới hạn hẹp.
Ví dụ nhiệt độ nóng chảy của một số loại PA như sau:
11

PA6: 210 – 2150C
PA6.6 :186 – 1870C
PA11: 255 - 2640C
PA6.10 : 215 – 2230C
PA khơng hịa tan trong các chất hịa tan bình thường như cồn, este, xeton,
hydrocacbon, nhưng nó lại hịa tan trong các chất hịa tan lỏng có độ phân cực
lớn nhưa phenol và axit (axit sunfuric, axit axetic và axit fomic), PA bền với dầu,
mỡ, nước, nấm mốc.
Nếu nhóm CH2 tăng thì độ cứng của PA giảm, mơ đun đàn hồi thấp. Khi đó độ
bền hóa học và tính chất cách điện tăng. Do khoảng nhiệt độ nhỏ và PA dễ chảy
lỏng, độ nhớt của vật liệu khi nóng chảy rất thấp.
- Ứng dụng: Hiện nay PA được dùng nhiều trong việc chế tạo sợi, chi tiết máy
như ổ trượt, bánh răng, Puly...
+ Sợi PA vừa nhẹ, lại có độ bền ăn mịn cao, bề mặt ngồi đẹp dùng để
sản xuất vải nhung, vải phủ bọc, cốt băng tải, bít tất các loại, lưới đánh cá, làm
mành cho các lốp xe đạp, xe máy, oto và cả trong máy bay. Từ sợi PA còn dùng
để chế tạo ra mành lọc các chất kiềm và trung tính, bện cáp, chão cơng nghiệp
đánh cá và trong các hầm lị.
+ Sản phẩm chống ma sát: Nhựa PA được dùng nhiều trong nghành cơ khí
chế tạo ra các loại chi tiết chịu ma sát, ổ trượt, vòng cách ổ lăn, thanh trượt và
bánh răng..
+ Các sản phẩm khác: PA được dùng nhiều trong ngành dệt, ngành điện.
Để chế tạo ra bánh răng, bánh vít, trục vít, dụng cụ thể thao, thân van, ống chứa
nhiên liệu, bánh đai, bầu lọc khí, thanh trượt...
+ Ngành nghề khác: Dùng làm thân bật lửa, gioăng ắc quy kiềm khơ, kính
mũ bảo hiểm xe máy, vỏ hộp máy văn phòng, bánh xe ghế văn phòng, ghế và
tựa lưng, giầy trượt tuyết, cước câu cá vv, màng PA ngăn khí khá tốt, chịu dầu
mỡ, chịu va đập ở nhiệt độ thấp, khơng dễ bị xun thủng, có thể dung làm bao
bì đựng thịt, thịt hun khói và thực phẩm đơng lạnh.

7. ABS (Ayrylonitrile butadiene styrene) (C8H8.C4H6.C3H3N)n
Tính chất: ABS cứng, rắn nhưng khơng giịn, cân bằng tốt giữa độ bền kéo, va
đập, độ cứng bề mặt, độ rắn, độ chịu nhiệt các tính chất ở nhiệt độ thấp và các
đặc tính về điện trong khi giá cả tương đối rẻ.
Tính chất đặc trưng của ABS là độ chịu va đập và độ dai. Có rất nhiều ABS
biến tính khác nhau nhằm cải thiện độ chịu va đập, độ dai và khả năng chịu
nhiệt. Khả năng chịu va đập không giảm nhanh ở nhiệt độ thấp. Độ ổn định dưới
tải trọng rất tốt, ABS chịu nhiệt tương đương hoặc tốt hơn Acetal, PC.. ở nhiệt
độ phịng. Khi khơng chịu va đập, sự hư hỏng xảy ra do uốn nhiều hơn dịn.
Tính chất vật lý ít ảnh hưởng đến độ ẩm mà chỉ ảnh hưởng đến sự ổn định kích
thước của ABS.
Kỹ thuật gia công: Thường sử dụng phương pháp ép phun, độ co ngót thấp nên
sản phẩm rất chính xác. Phun nhanh có thể dẫn đến sự định hướng của polymer
nóng chảy và ứng suất đáng kể mà trong trường hợp đó cần tăng nhiệt độ khn.
Nhựa ABS có thể làm dạng tấm, profile đùn, màng. ABS có gia cường sợi thuỷ
tinh thích hợp cho đùn thổi.
Thơng số gia công:
12


Nhiệt độ nguyên liệu: 200-280OC.
Nhiệt độ khuôn: 40 – 85OC.
Áp suất phun: 600 – 1800 bar.
Ứng dụng: ABS kết hợp đặc tính về điện và khả năng ép phun khơng giới hạn và
giá cả phải chăng, được ứng dụng trong các sản phẩm cách điện, trong kỹ thuật
điện tử và thông tin liên lạc (vỏ và các linh kiện bên trong)
Trong kỹ thuật nhiệt lạnh: Là các vỏ bên trong, các cửa trong và vỏ bọc
bên ngoài chịu va đập ở nhiệt độ lạnh.
Các sản phẩm ép phun như các vỏ bọc, bàn phím, sử dụng trong các máy
văn phịng, máy ảnh…

Trong công nghiệp xe: Làm các bộ phận xe hơi, xe máy, thuyền…
Trong cơng nghiệp bao bì, đặc biệt dùng cho thực phẩm, các sản phẩm ép
phun, thùng chứa và màng, mũ bảo hiểm đồ chơi...
8.3.1.3. Các chất dẻo nhiệt rắn:
- Nhựa phenol formaldehid (PF)
PF là chất dẻo nhiệt rắn do phản ứng trùng ngưng giữa phenol và formaldehid
tạo ra.OHTùy theo tỷ lệ mol giữa phenol và formaldehyd (Ph/F) và mơi trường
phản ứng, ta có thể thu nhận được hai loại: nhựa rezol và nhựa novolac.
CH2
- Nhựa Rezol:
với tỉ lệ mol Ph/F < 1 và phản ứng xảy ra trong môi trường kiềm
thường dùng là NH3 ta thu nhận được chất lỏng màu vàng nâu hoặc nâu sẫm.
Nhựa này tự đóng rắn khi có nhiệt. Q trình tựOH
đóng rắn xảy ra theo sơ đồ sau:
rezol →rezitol (đặc sệt hoặc khơ, khơng nóng chảy, khơng hịa tan , chỉ trương
nở trong dung mơi) → rezit (cứng, giịn và khơng nóng
CH2 chảy, khơng hịa tan
+C = O
hồn tồn) phản ứng tạo ra rezol như sau:
H

CH2OH
Rezol

du CH2O
OH

Dd NH3

H

Rezit
…CH2 CH2 …

CH2

OH

CH2 …

OH

CH2

+ CH2O
T0 tang

13

…CH2


OH
**

*

OH
*

Chỉ khi ở trạng thái rezit nhựa PF mới có các tính chất sử dụng cần thiết (độ bền
cơ,
(n =tính
4 - 8)cách điện, bền vững hóa học, bền vững với nhiệt độ..). Rezit bền vững
với môi trường nước, axit yếu, xăng dầu và dung môi hữu cơ. Trong môi trường
CH2 thì nó bị phân hủy do đoản mạch
kiềm
- Nhựa novolac: với tỷ lệ mol Ph/F > 1 sử dụng chất xúc tác là axit: HCl,
Osalic... hình thành ra dioxidiphenyl metan hợp chất này khi kết hợp với phenol
Phenolloại
dư nhựa trong, cứng giịn màu vàng nâu, được gọi là
và andehid hình thành
+CH = O
novolac.
HCl

OH

H

Novolac là nhựa nhiệt dẻo nó nóng chảy khi tăng nhiệt độ giống như chất dẻo
nhiệt dẻo. Nó nóng chảy ở nhiệt độ 100 – 200 0C tan trong axeton và các chất
dung mơi khác. Đặc tính quan trọng nhất của phenolformaldehyd là khả năng
phối hợp với các chất độn gia cường khác nhau hình thành một lớp chất dẻo
phenol được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuât radio, điện tử , hàng khơng ,cơng
nghiệp ơ tơ, có chỉ số về độ bền, độ dai va đập của vật liệu.Nhưa
phenolformandehid kết hợp với các loại amiang để hình thành vật liệu ma sát,
chế tạo các chi tiết chống ăn mịn...
- Nhựa Polyeste khơng no.
Nhựa polyeste khơng no thuộc nhóm chất dẻo có khả năng tạo thành mạng

khơng gian nhờ có nhóm phản ứng – COO – CH = CH – COO- trong mạch của
nó. Nhựa polyeste khơng no tạo thành ở dạng rắn, nhưng thông thường được sử
dụng ở dạng dung dịch với styren (30 – 40%). Styren vừa là dung môi lại vừa là
tác nhân khâu mạch. Nhựa polyeste dùng làm vật liệu nền cho vật liệu
Composide để chế tạo ra các sản phẩm có kích thước lớn nhỏ khác nhau: từ vỏ ô
tô, cano, tàu thủy cỡ nhỏ, đến các chi tiết trong công nghiệp và dân dụng...

14


Nhựa polyeste khơng no có ưu điểm: cứng, ổn định kích thước, khả năng
thẩm thấu với các chất độn gia cường là rất tốt, dễ vận hành khi gia công chống
được nhiều tác dụng của mơi trường hóa học, giá thành hạ.
Nhược điểm của polyeste không no là: dễ bị nứt khi làm việc đặc biệt là
khi có tải trọng động, độ co ngót cao, khoảng 8 – 10 %, khả năng chịu nước
nóng kém, dễ bị hư hại do tác dụng của tia cực tím, dễ bắt lửa, chịu nhiệt độ
trung bình dưới 1200C. polyeste khơng no, dễ cháy. Để làm giảm khả năng
cháy của nhựa cần cho vào các chất có nguồn gốc vơ cơ hoặc hữu cơ như oxit
angtimol, parafin có chứa clo, PVC và một số loại hợp chất chứa photpho...
3. NHỰA EPOXY
Nhựa epoxy khi chưa đóng rắn có cấu trúc mạch thẳng (mạch sợi ) và ở
dạng chất lỏng đặc sệt. Sau khi đóng rắn có cấu trúc vi mơ dị thể dạng hình cầu
và sự hình thành cấu trúc quan sát thấy ngay ở pha lỏng trong các giai đoạn
đóng rắn ban đầu. Kích thước của các phần tử hình cầu phụ thuộc vào thành
phần tổ hợp và điều kiện đóng rắn ( kích thước các phân tử giảm khi tang nhiệt
độ ). Khi giảm kkichs thước giữa các phân tử hình cầu thì tích chất cách điện
tăng. Khoảng cách giữa các mắt lưới khi khâu mạch giảm sẽ làm tăng nhiệt độ
thủy tinh hóa, tăng độ bền nén, tăng độ bền hóa học, tăng khả năng chịu nhiệt và
khi đó độ giịn của vật liệu cũng tăng theo.
Nhựa epoxy bình thường ở dạng chất lỏng đặc sệt, khi tác dụng với chất

đóng rắn nó chuyển sang trạng thái khơng nóng chảy, khơng hịa tan và có cấu
trúc mạch khơng gian ba chiều.
Nhựa epoxy khi chưa đóng rắn trên cơ sở dioxidifenilpropan là sản phẩm
nhiệt dẻo có màu vàng nâu, có độ nhớt tử chất lỏng đến cứng giịn. Nó rất dễ hịa
tan trong xeton, este, diocxan, và trong clobenzen, đặc biệt dễ tan trong
metyletylxeton, metylxiclohexanol. Nhựa có phân tử lượng thấp tan trong cồn và
hydrocacbon thơm cịn nhựa có phân tử lượng cao khơng tan trong hai chất trên.
Khi nhựa đã hịa tan trong dung mơi có thể để trong thời gian dài vẫn khơng bị
thay đổi tính chất. Nhựa có phân tử lượng thấp sẽ được dùng làm keo, các sản
phẩm đúc và chế tạo vật liệu Composit, cịn nhựa có phân tử lượng cao dùng để
chế tạo sơn, lớp phủ bảo vệ. Nhựa epoxy ở trạng thái đóng rắn có số mạch
ngang không nhiều nằm trên đoạn dài giữa chúng, cho nên các đoạn mạch được
nối với nhau có thể dao động. Chính vì lý do đó mà nhựa epoxy có độ bền uốn
cao và khơng giịn như nhựa phenoformaldehid đã đóng rắn. Độ co của nhựa
epoxy cũng nhỏ hơn độ co của nhựa phenolformaldehyd và nhựa polyeste không
no.
Ưu điểm của nhựa epoxy: Có độ ổn định kích thước cao, có tính cao hơn
nhựa polyeste khơng no, chịu nhiệt độ cao liên tục đến 150 0C hoặc đôi khi lên
đến 1900C. Độ bền hóa học cao, độ co ngót thấp (0,5 – 3%). Độ thảm thấu tốt
với các chất độn gia cường. Độ bám dính tốt đối với kim loại và các loại vật liệu
khác.
Nhược điểm của nhựa epoxy: Thời gian đóng rắn dài,d ễ bị nứt khi đóng
rắn. Tính chất này của nhựa epoxy có thể thay đổi, nếu như cho thêm chất
polyamid và polysulfit phân tử lượng thấp với vai trị chất đóng rắn. Giá thành
cao hơn nhiều với nhựa polyeste khơng no.Nhựa epoxy có những đặc tính cao
15


hơn hẳn với nhựa polyeste không no, nên người ta dùng nhựa epoxy trong các
ngành cơng nghiệp địi hỏi phải có độ bền cơ học cao như cơng nghiệp tàu thủy,

máy bay, tên lửa, dùng làm keo dán các kết cấu cơng trình, dùng chế tạo các sản
phẩm cách điện, dùng sơn chống ăn mòn....
8.3.2. CAO SU ( Elastome):
Cao su là loại vật liệu kỹ thuật có đặc tính đặc biệt là khả năng đàn hồi
cao. Cao su là một polyme hữu cơ mà ở nhiệt độ thường nó ở trạng thái đàn hồi
cao, khả năng biến dạng đàn hồi ở nhiệt độ trong phịng có thể đến 100%. Mơ
đun đàn hồi thấp E = 1 – 10N/mm 2. Cao su chịu kéo tốt nhưng chịu nén rất kém.
Cao su khơng thấm khí, khơng thấm nước, ổn định trong các mơi trường tẩy rửa,
cách điện tốt, có tỷ trọng thấp.
Q trình biến đổi cấu trúc mạch phân tử, chuyển từ mạch sợi sang mạch lưới
thưa gọi là quá trình lưu hóa. Chất hỗ trợ cho q trình đó gọi là chất lưu hóa,
trong đó phổ biến nhất là lưu huỳnh S. Khi cho lưu huỳnh vào cao su, các
nguyên tử lưu huỳnh (S) hóa trị 2 tách mối nối đơi giữa 2 nguyên tử cacbon
trong mạch chính để nối các mạch cao su với nhau theo hướng cắt ngang,
nguyên tử lưu huỳnh đóng vai trị như chiếc cầu gữa các mạch phân tử dạng sợi
của cao su, do đó nhận được cấu tạo mạch không gian gọi là cao su được lưu
hóa (hay cao su lưu hóa là phản ứng của cao su với lưu huỳnh ở nhiệt độ đủ cao
và không thuận nghịch để tạo cấu trúc lưới thưa). Khi hàm lượng lưu huỳnh 1 –
5% polyme sẽ tạo thành cao su mạch lưới thưa, có tính chất mềm, đàn hồi cao.
Tăng lượng lưu huỳnh mạch không gian của cao su trở nên dày đặc hơn, tính
chất cao su cứng hơn và khi lượng lưu huỳnh tối đa 30% cao su bị bão hòa lưu
huỳnh tạo nên vật liệu cứng, hầu như không đàn hồi được gọi là ebonit. Cao su
chưa lưu hóa thì mềm, dính, độ bền thấp. Sau khi lưu hóa độ bền, tính đàn hồi,
tính bền hóa học tăng lên trở thành polyme nhiệt rắn. Lượng lưu huỳnh tăng thì
tăng cứng giảm độ dãn dài nên chỉ dùng từ 1 đến 5%.

Ví Dụ : Đối với cao su thiên nhiên khi chưa lưu hóa , có độ bền cơ học σ b = 10 –
15N/mm2, sau khi lưu hóa học σb = 35N/mm2 đồng thời tăng độ cứng va tăng
tính chống mài mịn. Hiện nay trong các ngành công nghiệp sử dụng hai loại cao
su : Cao su thiên nhiên và cao su tổng hợp

Thông dụng nhất là các loại cao su tổng hợp: Cao su Styren – Butadien (SBR),
nitrit – Butadien (NBR), cao su silicon.
- Polyisopren tên thương mại là cao su tự nhiên (NR) công dụng: Săm, lốp, ống,
đệm
16


- copolymestyren – Butadien: tên thương mại buna S công dụng: Săm lốp, ống ,
đệm
- Copolyme acrilonitrit – butadien: công dụng làm ống mềm dùng trong dầu hỏa,
hóa chất, dầu mỡ, đế gót giày.
- Clopren cơng dụng : Bọc dây cách điện, thiết bị hóa chất, băng chuyền, các
loại ống, đệm...
- PolySiloxan: tên thương mại là silicon công dụng làm cách điện ở nhiệt độ cao,
thấp dùng trong y tế....

17