Tính Chất Cơ Học Của Polymer.pptx

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Hóa lý Polymer

Tính chất cơ học của Polymer
GVHD: PGS. Nguyễn Huy Tùng

Nhóm 5:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.

Nguyễn Thị Thùy Linh
Dương Thị Loan
Vũ Thị Ngọc Mai
Vũ Thị Ngọc Mai
Bùi Thị Miền
Phạm Đức Minh
Tô Thị Hà My

20174878
20174885
20174920
20174926
20174940
20174947
20174956

Tính chất cơ học là một đặc tính rất quan trọng trong nghiên cứu về vật liệu polymer và
composite bởi vì nhờ tính chất này có thể xác đinh được những điều kiện làm việc cụ thể của
vật liệu và ứng dụng nó trong thực tế

2


Đường ứng suất biến
dạng
Độ cứng và độ rão

Tính chất cơ học

Damping ( giảm chấn,
hồi phục theo chu kì)
Độ bền kéo và độ dãn dài tới hạn
Độ bền kéo đứt trong thời gian dài
Sức bền

Độ bền va đập

Độ cứng
Tính chất bề mặt

Ma sát
Mài mòn
3

I. Đường
ứng suấtbiến dạng
• Một số tính chất cơ học được thể
hiện qua đường ứng suất biến dạng.
• Được thể hiên qua phép đo độ
bền kéo: lực kéo tác dụng vào
mẫu là hàm của độ dãn dài với lực
tác dụng ổn định liên tục
• Lực tác dụng chia cho mặt cắt
ngang của mẫu, độ biến dạng chia
cho độ dài mẫu ban đầu thu dược
đường ứng suất biến dạng
• Bên cạnh đó mẫu có thể bị biến
dạng bởi uốn, nén, xoắn dẫn đến
có các dạng đồ thị khác nhau

4


- Khoảng tuyến tính đầu tiên tuân theo
định luật HOOK thể hiện qua modul
đàn hồi:
E=
- Khi giá trị ứng suất đạt tới y xuất hiện
điểm chảy (cổ eo) với độ biến dạng y
tại đó y được gọi là giới hạn mềm cao
bắt buộc.
- Giai đoạn tiếp theo là giai đoạn phát
triển của cổ eo ứng suất bắt đầu giảm
xuống.

- Ứng suất giảm sau đó lại tăng đến giá
trị b mẫu sẽ bị phá hủy khi đó mẫu sẽ
có độ dãn dài tới hạn εb

Khoảng làm việc

5


- σy (giới hạn mềm cao bắt buộc)
phụ thuộc vào tốc độ biến dạng
và nhiệt độ (hồi phục)
- Tốc độ biến dạng càng lớn thì
ứng suất gây ra biến dạng mềm
cao càng lớn.
- Nhiệt độ càng cao (càng gần với
Tg) thì σy càng nhỏ.
- Đó có một mẫu bị phá hủy ngay
ở điềm chảy và có thể khơng rõ
điểm xảy ra điểm chảy.

6


Dựa vào hình dạng của đường ứng suấtbiến dạng ta có thể xác định tính chất
của từng vật liệu cụ thê như: cứng, mềm,
giòn, dẻo,…

7

II. Độ cứng
(stiffness)
•Độ cứng của vật liệu được thể hiện qua giá trị
modul đàn hồi hoặc giá trị modul đàn hồi chia cho
khối lượng riêng
•Đối với polymer vơ định hình ở trạng thái thủy
tinh (PVC, PS, PMMA) E từ 3-3.3 Gpa, đối với các
polymer ở dưới nhiệt độ phịng có sự dịch chuyển
thứ cấp (PC) thì E= 2.1 Gpa
•Polymer bán tinh thể dưới Tg có E lớn hơn tuy
nhiên E cũng có giá trị thấp đối với PTFE (E=0.6
Gpa) do có một hay nhiều chuyển tiếp thứ cấp.
•Nhựa nhiệt rắn có E cao (E > 4 Gpa)
•Polymer định hướng có độ cứng rất cao ( sợi dệt,
LCPs)
•Độ cứng cao thường bởi sự sáp nhập của các
phần tử cúng và sợi ngắn
•Với các sợi dài thì ứng suất được chịu hết, trong
khi pha nền (matrix polymer) không ảnh hưởng
đến độ cứng của vật liệu
8


II. Độ cứng
(stiffness)
•E khơng phụ thuộc vào chiều dài của mạch
(khối lượng phân tử) trừ với các polymer bán
tinh thể nếu các mạch phân tử dài làm giảm
mức độ kết tinh do đó E sẽ giảm rất nhỏ so

với sư tăng của khối lượng phân tử.
•E khơng phụ thuộc vào độ cứng của từng
mạch, tương tác giữa các mạch, ngoại trừ các
mạch cứng này có sự định hướng cao như
trong LCPs (Liquid-Crystal Polymer)

9


III. Sự rão
( Creep)
-

Sự rão xảy là diễn tả ứng xử polymer dưới
tác dụng của ứng suất trong một thời gian
dài.
- Sự biến dạng gồm 3 thành phần:
+ Sự biến dạng đàn hồi không quán tinh
(khi tháo tải sẽ tự động quay trờ lại)
+ Sự biến dạng trễ và hồi phục từ từ.
+ Sự biến dạng vĩnh cửu
- Biểu thức thực nghiệm D(t) = Do.exp(t/to)1/3
+ D(t): reciprocal modulus
+ t: thời gian
+ Do: biến dạng đàn hồi khơng qn tính
+ to : thời gian xảy ra Do
- Do và to đều phụ thuộc vào nhiệt độ

10

Non-linearity

Creep

Physical ageing

11


III. Sự rão
(creep)
a. Non-linearity

Ứng với mỗi giá trị ứng suất
khác nhau ta thu được các
đường cong rão khác nhau và
chúng không đồng nhất với
nhau

12


III. Sự rão
(creep)

a. Non-linearity

- Từ các biểu đồ thu được ta có
thể so sánh vận tốc rão của các

loại polymer khác nhau.

14


III. Sự rão
(creep)
a. Non-linearity

- Tốc độ rão của polymer phụ
thuộc vào nhiệt độ (Khi nhiệt độ
tăng thì thời gian rão giảm
xuống với cùng một biến dạng)

15


III. Sự rão (creep)
b. Physical ageing
Đối với polymer có phần vơ
định hình đáng kể khi làm lạnh
đột ngột đến nhiệt độ hóa thủy
tinh Tg sẽ tạo ra một cấu trúc
khơng cân bằng sau một thời
gian sẽ tiến tới trạng thái cân
bằng thơng qua các q trình
giãn quy mơ nhỏ ở tạng thái
thủy tinh. => Làm thay đổi các
đặc tính và trạng thái của
polymer

16


IV. DAMPING

Vịng trễ
đàn hồi

Hồi phục
khi có tải
trọng
động
17


IV. Damping
- Sự biến dạng của polymer một phần
ứng suất được sử dụng như năng lượng
dữ trữ, phần còn lại bị tiêu tán thành
nhiệt
- Nếu kéo một mẫu sau đó giảm dần lực
cùng với tốc độ khi kéo mẫu sẽ trở về
trạng thái ban đầu nếu sự chảy không
xảy ra:
+ Nếu sự biến dạng xảy ra đồng thời
với ứng suất thì các giá trị biến dạng trong
qúa trình tăng giảm ứng suất sẽ bằng nhau
tại các giá trị ứng suất như nhau=> biến
dạng đàn hồi của vật rắn.

+ Do hiện tượng hồi phục cần thời
gian, nên ứng với các giá trị ứng suất khác
nhau thì độ biến dạng khác nhau. => Xuất
hiện vòng trễ.
- Tùy thuộc vào tốc độ kéo và nhiệt độ mà
sẽ có các diện tích võng trễ khác nhau.
18


IV. Damping
- Ảnh hưởng của tốc độ tăng
giảm ứng suất

+ Nếu tốc độ tăng tải trọng càng
nhỏ thì giá trị biến dạng khi tăng
và giảm càng ít phân biệt => độ
biến dạng lớn nhưng diện tích
võng trễ nhỏ

+ Nếu mẫu polymer chịu tác
dụng của một tải trọng rất nhanh
sau đó tháo tải cũng rất nhanh thì
lượng biến dạng sẽ khơng lớn =>
diện tích vịng trễ bé thậm chí
biến thành đường thẳng
19


IV. Damping
Diện tích võng trễ được tính theo cơng thức

S= += + : công của ngoại lực cần thiết để biến dạng mẫu
đến độ biến dạng ε1
+ : công giải phóng ra khi mẫu từ biến dạng ε1 co lại
đến ε2
=> Diện tích võng trễ càng lớn thì lực tác dụng vào
mẫu càng giảm do một phần tiêu tán thành nhiệt
năng => Hiệu quả Damping.

20


IV. Damping
Hiện tượng khơi phục khi có tải trọng động
- Trong thực tế polymer luôn chịu tác động của tải trọng thay
đổi liên tục cả về trị số lẫn tốc độ tác dụng (vận tốc tuần
hoàn).
- Lực tác dụng theo chu kì: σ = σo.sinωt. t.
- Thực nghiệm cho rằng sau một thời gian ∆t tác động
polymer cũng thay đổi độ biến dạng theo chu kì: ε =
εo.sin(ωt. t – ϕ). ).
- ∆t = =
- Sau nhiều chu kì tác động giá trị biến dạng dư biểu kiến dần
ổn định vịng chễ sẽ có dạng elip bền vững.
- Diện tích của elip: S = .εo.σo.sinϕ).

21