Giáo trình Công nghệ chất dẻo phần 1

1
Công nghệ chất dẻo (Kunststofftechnologie) phần 1

Dẫn nhập:
Chất dẻo là những hợp chất hữu cơ cao phân tử đến từ thiên nhiên hay được tổng hợp từ các phòng thí
nghiệm, chúng là một loại vật liệu có nhiều tên gọi khác nhau như Plastic, chất dẻo hay nhựa tổng hợp, đôi
khi người ta đơn giản hoá cụm từ nói trên với tên gọi là nhựa, cả hai từ chất dẻo và nhựa đều được dùng
để nói đến loại vật liệu này. Công nghệ chất dẻo là phạm trù tổng quát bao gồm nhiều ngành học khác nhau
nhằm mục đích tìm hiểu, nghiên cứu, chuẩn định các thuộc tính cơ hoá lý, các phương pháp chế biến cùng
với các lĩnh vực ứng dụng của các loại chất dẻo.Trong phạm vi giới hạn người viết cũng mong mang đến
cho bạn đọc một vài thông tin, giới thiệu về phạm trù công nghệ chất dẻo nói trên theo thứ tự các chủ đề sau
đây: Vật lý chất dẻo, hóa học chất dẻo và chế biến chất dẻo. Trước khi đi vào chủ đề vật lý chất dẻo
chúng ta nên khởi đầu với những khái niệm cơ bản về trạng thái ứng kháng của vật liệu nói chung.

1. Khái niệm cơ bản về những trạng thái ứng kháng của vật liệu
Vật liệu thông thường khi bị tác động bởi các hiện tượng cơ-, hóa- và vật lý học sẽ phát sinh
ứng kháng được gọi là cơ-, hoá- và lý ứng theo khái niệm tổng quát như sau








Thí dụ: Thí dụ: Thí dụ:
Độ bền Chịu rỉ mòn Tỉ trọng
Sự chế biến Điểm nóng chảy
Độ cứng ( rắn ) Khả năng dẫn nhiệt, dẫn điện

1.1 Độ bền của vật liệu
Độ bền là khả năng chịu đựng của vật liệu khi bị tác động từ bên ngoài để làm tách rời hay biến đổi
hình thể ban đầu của nó. Độ bền của vật liệu lệ thuộc vào lực tác động bên ngoài và các lực liên quan
giữa các phân tử bên trong mà các lực này là biểu tượng của sự liên kết giữ cho vật thể bền vững.

Các thí nghiệm cổ điển để đo độ bền của vật liệu

kéo nén nén cong cắt xoắn







- Dây Cột trụ - Cầu - Con tán - Trục truyền lực
- Nối kết Bức tường - Lò xo thanh - Con ốc, vít - Lò xo xoắn

1.2 Thí nghiệm kéo
Người ta dùng thí nghiệm kéo để xác định độ chịu đựng của vật liệu khi bị kéo dãn ra và đồng thời
khảo sát được lực kéo tác động làm biến dạng hình thể của vật liệu. Qua đó vật thí nghiệm và việc
thực hiện thí nghiệm được tiêu chuẩn hóa và hệ thống hoá.
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

2
Với tác động của lực kéo, thanh nhỏ (vật thí nghiệm) sẽ bị dãn ra cho đến khi hoàn toàn bị đứt làm
đôi. Lực tác động và chiều dài dãn sẽ được đo và được ghi trên biểu đồ. Lực tác động trực tiếp thẳng
góc với mặt cắt (mặt tiếp giáp) của vật thí nghiệm tạo ra hiệu ứng kéo.

1.2.1 Biểu đồ hiệu ứng kéo

1.2.2 Công thức tổng quát để tính hiệu ứng kéo





1.2.3 Thí dụ phép tính độ bền
Một dây điện đồng có đường kính d = 2,5 mm và hiệu ứng lớn nhất tác động lên diện tích mặt cắt là
smax = 600N / mm
2

. Dây đồng sẽ chịu đựng một lực kéo lớn nhất bao nhiêu với độ an toàn S=3.
Lời giải:
Điều kiện cho trước
* Đường kính của dây đồng : d = 2,5 mm
* Hiệu ứng cao nhất của dây đồng : smax = 600N / mm
2

* Diện tích mặt cắt ngang: So (mm
2
) và lực tác động cao nhất : Fmax (N)
* Hệ số an toàn : S = 3
d
2
* Pi 2,5
2
(mm) * Pi
So = -------- = -------------------- = 4,9 mm
2

4 4
Smax * So 600N / mm
2
* 4,9 (mm
2)

Fmax = ------------ = ------------------------------ = 981 N
S 3
Sợi dây đồng nói trên chỉ chịu được lực kéo cao nhất là 981 N .

P: Ranh giới tỉ lệ thuận:
Cho đến đây thì vật liệu vẫn còn giữ được
tính đàn hồi (dãn ra và co về dạng ban đầu).
S: Ranh giới dãn : Vật liệu bị kéo dãn, mất
tính đàn hồi
B: Ranh giới đứt : Nơi đây lực kéo lên đến
điểm cao nhất , hiệu ứng kéo đạt kết quả
Z : Ranh giới xé đứt:
Nơi đây thanh mẩu bị đứt ra


PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

3
1.3 Độ cứng, thí nghiệm khảo sát độ cứng.
Độ cứng là sức cản kháng của một vật thể nhằm chống lại lực nén của một vật khác từ bên ngoài. Độ
cứng một mặt lệ thuộc vào cấu trúc phân tử mặt khác cũng lệ thuộc vào hiệu ứng.

1.3.1 Thí nghiệm thông qua lực nén lên bề mặt.
Tất cả các phương pháp đều cùng thông qua một lực nén xác định, tác động lên bề mặt của mẩu thí
nghiệm. Trị số cứng của các phương pháp khác nhau không thể so sánh được, vì thế người ta cũng
không có đơn vị cho trị số độ cứng thí dụ như 240 HB; 640 HV..vv..

1.3.2 Thí nghiệm Brinell

HB thích hợp cho vật liệu có độ cứng trung bình và dộ bền dễ kiểm soát. Từ phương pháp Briell
người ta có thể đo được trị số độ cứng như sau : s = 3,5 HB
Phương pháp đo và tính đưọc quan sát từ hình vẽ đơn giản của thí nghiệm ở phần trên.

1.3.3 Thí nghiệm nhà họVickers
HV thích hợp cho vật liệu có độ cứng ở mọi cấp độ cũng như cho thí nhiệm khảo sát các lớp mỏng và
cứng phủ trên bề mặt các mẩu thí nghiệm.

1.3.4 Thí nghiệm Rockwell
HRB thích hợp cho phương pháp đo độ cứng nhanh. Dụng cụ hình nón (HRC) được ứng dụng cho
các vật liệu có độ cứng từ trung bình đến cao và qua đó người ta ghi nhận độ dày của mẫu thí nghiệm
phải ít nhất lớn gấp 10 lần chiều sâu của dấu ấn

PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

4
1.4 Một vài dụng cụ để thực hiện thí nghiệm khảo sát độ bền của vật liệu
















Thí nghiệm kéo thanh kim loại, thực hiện với nhiều thanh kim loại mỏng khác nhau

thí nghiệm độ cứng Brinell và Vickers thí nghiệm độ cứng Roclwell










Xác định lưu suất của C45, nhôm, đồng và chất dẻo.Chiều sâu Erichsen trên các thanh thép mỏng

PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

5










Xác định cấu thành của hợp kim Đo bề dày của lớp tráng trên bề mặt
của tấm kim loại mỏng

2. Vật lý chất dẻo

2.1 Hệ thống đo lường để chuẩn định thuộc tính của chất dẻo
2.1.1 Đơn vị ISO ( International Organization for Standardisation )
Chỉ có thông qua các phương pháp đo lường mới có thể diễn tả chính xác và so sánh khả thi giữa
các vật liệu. Hệ thống đơn vị quốc tế ISO cũng phục vụ trong công nghệ chất dẻo để định tính
cho vật liệu và những trị số của chúng. Trong lĩnh vực kiểm định nhựa, chuẩn ISO được áp dụng
theo bản kê khai dưới đây :

Chiều dài l Đơn vị cơ bản 1 m Mét Meter
Khối lượng m Đơn vị cơ bản 1 kg Kí-lô-gờ-ram Kilogramm

Thời gian t Đơn vị cơ bản 1 s giây Sekunde
Nhiệt độ T Đơn vị cơ bản 1 K Ken-vin Kelvin
Cường độ dòng điện I Đơn vị cơ bản 1 A Am-pe Ampere

2.1.2 Các đơn vị dùng để dẫn giải
Lực (Kraft) F 1 N = 1 kg m s
-2
Hiệu ứng (Spannung) σ 1 Pa = 1 N m
-2

Áp lực (Druck) p 1 h Pa = 100 Pa = 1 bar
Độ bền (Festigkeit) 1 MPa = 1 N mm
-2

Độ dãn (Dehnung) ε % = mm mm
-1
Lưu suất (Modul) E, G 1 MPa
Năng lượng (Energie) U 1 J = 1 N m
Công suất (Leistung) P 1 W 1 J s
-1

Nhiệt độ (Temperatur) ϑ °C
Tỉ trọng (Dichte) ρ g cm
-3
oder kg m
-3

Thể tích riêng (spezifisches Volumen) V cm
3
g

-1

Độ quánh (Schlag-), Zaehigkeit kJ m
-2

Độ nhờn (Viskositaet) η s
-1

Trị số Enthalpie H J g
-1
oder J mol
-1

Trị số dẫn nhiệt (Waermeleitzahl) W m
-1
K
-1
Tần số (Frequenz) ν 1 Hz = 1 s
-1

Điện thế (elektr. Spannung) U 1 V = 1 W A
-1

Điện trở (elektr. Widerstand) R 1 Ω = 1 V A
-1
Điện dung (elektr. Kapazitaet) C 1 F = 1 A s V
-1

PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

6

2.1.3 Những thí nghiệm cơ học để chuẩn định thuộc tính của chất dẻo
Tên gọi Đơn vị giải thích / phương pháp thí nghiệm
Hiệu ứng kéo (Zugspannung) N mm
-2
Trị số hiệu ứng trên biểu đồ hiệu ứng kéo dãn
Độ bền xé (Reissfestigkeit) N mm
-2
Hiệu ứng đứt trên biểu đồ hiệu ứng kéo dãn
Độ dãn xé ( Reissdehnung) mm mm
-1
(%) Sự thay đổi chiều dài, so với chiều dài ban đầu
Độ bền kéo theo thời gian Hiệu ứng bền, với thời gian 1000 giờ cho
(Zeitstand-Zugfestigkeit) N mm
-2
các thanh thí nghiệm không bị bứt đứt
Độ bền nén cong (Biegefestigkeit) N mm
-2
Hiệu ứng gãy từ thí nghiệm nén cong
với 1 đến 4-điểm-ấn lên thanh thí nghiệm
Độ bền áp lực (Druckfestigkeit) N mm
-2
Hiệu ứng bắt đầu chảy (kéo chỉ) trên biểu đồ
hiệu ứng-áp lực
Độ bền cắt (Scherfestigkeit) N mm

-2
Lực được tác động để cắt đứt mẩu thí nghiệm
có đường kính D và bề dày d
Hiệu ứng cắt (Scherspannung) N mm
-2
Hiệu ứng cắt đứt ghi trên biểu đồ
Hiệu ứng dãn (Streckspannung) N mm
-2
Hiệu ứng tại điểm đầu tiên, trên biểu đồ
hiệu ứng kéo dãn, không còn độ dốc.
Lưu suất đàn hồi (Elastizitaetsmodul) N mm
-2
Phạm vi tỉ lệ thuận của hiệu ứng kéo
và độ dãn, độ dãn thường rất nhỏ.
Lưu suất dãn thể động (Schubmodul) N mm
-2
Tương tự như lưu suất đàn hồi ,
tuy nhiên trong điều kiện ở thể động
Lưu suất dãn thể tĩnh (Kriechmodul) N mm
-2
Hiệu ứng dãn trong điều kiện ở thể
tĩnh và lệ thuộc vào thời gian thí nghiệm
Độ bền xé (Einreissfestigkeit) N cm
-1
Lực xé về phía độ bền dãn
Độ bền xé ( Weiterreissfestigkeit) N

cm
-1
Lực xé tỉ lệ với bề dày của vật thí nghiệm

Độ dai đập (Schlagzaehigkeit) kJ m
-2
Công cần thiết để đập gãy một vật thí nghiệm
Độ dai đập rảnh (Kerbschlagzaehigkeit) kJ m
-2
Tương tự như trên với thí nghiệm con lắc đập
Chà-,mài khô µm km
-1
Chà (mài) khô một mẩu thí nghiệm với độ mỏng µm
để xác định thuộc tính chịu đựng của nó.
Bi nén cứng N mm
-2
Lực nén của hòn bi thép v/d có đường kín 5 mm tác động lên
vật thí nghiệm tạo tra dấu ấn, xác định thuộc tính chịu đựng
Thanh cứng Shore D Dấu ấn vào vật thí nghiệm, lệ thuộc vào lực-khoảng cách
Ứng xử nhiệt và điện thông qua Thí nghiệm giữa hai điện cực để đo hệ số mất điện, khi dòng
điện trở trơ với điện xoay chiều F điện đi qua vật liệu và lệ thuộc vào tầng số khác nhau.
Độ bền với dòng điện MV mm
-1
Hiệu ứng bền giữa hai điện cực, khi dòng điện đi qua
Độ bền dẫn điện kV Điện thế sinh ra bởi hiện tượng thủy phân,
được dẫn qua vật thí nghiệm.
Khả năng dẫn nhiệt W m
-l
K
-1
Năng lượng (nhiệt) đo được khi dòng điện đi qua vật thí
nghiệm với nhiệt độ và có bề dày nhất định

2.2 Mẩu thí nghiệm – hình dáng, sự chế tạo và các chuẩn.

Người ta thông qua chuẩn DIN ( Deutsches Institut fuer Normung ) hay ISO ( International
Organization for Standardisation ) hay ASTM ( American Society for Testting Materials ) để thống
nhất hình dáng và kích thước các mẩu thí nghiệm, tạo thuận tiện cho việc chuẩn định và so sánh
thuộc tính cơ-, vật lý-học giữa các loại chất dẻo với nhau. Hình dáng mẫu thí nghiệm có ảnh hưởng
rất lớn đối với kết quả của thí nghiệm. Giữa các chuẩn kỹ nghệ Đức (DIN), chuẩn thí nghiệm của
Mỹ (ASTM) và chuẩn quốc tế (ISO) cũng có nhiều khác biệt. Ngoài ra yếu tố chế tạo ra vật thí
nghiệm cũng đóng vai trò quan trọng hơn hình dáng của nó. Thí dụ kết quả thí nghiệm sẽ không
giống nhau đối với một loại chất dẻo, mặc dù hình thể vật thí nghiệm giống nhau, nhưng khác nhau
về phương pháp, điều kiện chế biến, nhiệt độ, áp suất trong quá trình chế tạo ra nó. Cuối cùng việc
chuẩn bị trước cho vật thí nghiệm cũng là yếu tố quan trọng. Thí dụ : kết quả thí nghiệm cũng khác
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

7
nhau đối với Polyamid trước khi thí nhiệm được bảo quản thật khô, hay ngâm trong nước với thời
gian 4 tuần. Thí dụ này cho thấy Polyamid có thuộc tính lệ thuộc độ ẩm rất cao ( điều kiện môi
trường ). Do đó chuẩn thí nghiệm diễn giải rất rỏ không những chỉ với yếu tố chế tạo, hình dáng mà
còn đối với điều kiện chuẩn bị trước cũng như điều kiện khí hậu, nhiệt độ mội trường cho vật thí
nghiệm. Nói tóm lại, thí nghiệm không phải chỉ mới bắt đầu khi vật thí nghiệm được cho vào máy
hay dụng cụ thí nghiệm.
Chuẩn định cho một vài mẩu thí nghiệm ( chất dẻo )

2.3 Những trị số cơ học
2.3.1 Độ bền nén cong, độ dai đập, độ dai đập rãnh.
Các phương pháp thí nghiệm
DIN 53452, ASTM D 790, ISO R178 độ bền nén cong
DIN 53453 , ASTM D 256, ISO R 179 độ dai đập
DIN 53453 ASTM D 256, ISO R 18 độ dai đập rãnh ( thanh thí nhiệm có rãnh ).
DIN 51950 thí nghiệm nén cong có phụ gia,
DIN 51222 con lắc đập ( búa quay ).

1.3.1.1 Độ bền nén cong
Độ bền nén cong của vật liệu là trị số của lực cần thiết để ấn gãy một thanh thí nghiệm khi lực
đó tác động trực tiếp nén cong nó. Người ta dùng một dụng cụ tương đối đơn giản để thực hiện
thí nghiệm với lực tác động lên thanh thí nghiệm, gác lên hai đầu cố định có khoảng cách được
định trước theo hình vẽ đơn giản bên dưới.Tốc độ lực nén không thay đổi và được định trước.
Sau thời gian khoảng 2 phút hiện tượng gãy xảy ra. Thanh thí nghiệm có kích thước 120x15x10
mm đối với nhựa cứng và kích thước cho thanh nhỏ tiêu chuẩn 50x5x4 mm đối với nhựa nhiệt.
Độ bền nén cong được tính bằng đơn vị kp/ cm
2
theo công thức tổng quát tính độ bền σ = F/S0 .
Kết quả độ bền nén lệ thuộc vào lực nén F, diện tích mặt cắt ngang của thanh thí nghiệm, vận tốc
lực nén và khoảng cách bị nén cong của thanh thí nghiệm.

PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

8







Xác định độ bền nén cong hay hiệu ứng nén cong giới hạn

Dụng cụ thí nghiệm để xác định độ bền nén cong

Tuy nhiên thí nghiệm độ bền nén cong không có tác dụng đối với các loại nhựa mềm và có tính đàn
hồi cao hay một số các loại nhựa-nhiệt và nhựa-đàn hồi ( vì không làm gãy được thanh thí nghiệm).
Trong trường hợp này người ta phải dùng đến thí nghiệm

1.3.1.2 Độ dai đập
Trong khi thí nhiệm độ bền nén cong được thực hiện với lực nén lên thanh thí nghiệm với vận tốc
tương đối chậm thì thí nghiệm độ dai đập trái lại được thực hiện với một lực đập thật nhanh. Thông
qua thí nghiệm đập cong này người ta xác định được thuộc tính dai của nhựa.

PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

9
người ta dùng một dụng cụ với tên gọi con lắc đập hay búa quay để thực hiện thí nghiệm xác định
độ dai đập. Thí nghiệm này theo Charpy tương ứng với thí nghiệm độ bền nén cong đã diễn tả ở
trên, có nghĩa là thanh thí nghiệm được đặt trên hai bờ tựa và búa quay, trước đó được nâng lên ở
một độ cao xác định, sẽ đập vào giữa hai điểm tựa của thanh thí nghiệm. Độ cao khởi đầu của búa
quay có thể quy định với trị số tương ứng được đọc trên bảng ghi chia đơn vị năng lượng ( kpcm).
Năng lượng này, liên quan đến diện tích mặt cắt thẳng góc ( với lực tác động ) của thanh thí
nghiệm, được gọi tên là độ dai đập và được tính với đơn vị kpcm/ cm
2
( hay N mm
-2
)

Dụng cụ thí nghiệm xác định độ dai đập

2.3.2 Độ bền kéo
Các phương pháp thí nghiệm
DIN 53455, ASTM D 638 thí nghiệm với các loại nhựa. Thí nghiệm kéo
DIN 53504, ASTM D 882 thí nghiệm kéo với nhựa đàn hồi. Thí nghiệm kéo
DIN 53571, ASTM D 651 thí nghiệm cho nhựa bọt đàn hồi-mềm. Thí nghiệm kéo
DIN 53448 thí nghiệm với các loại nhựa. Thí nghiệm kéo đập
DIN 53507 thí nghiệm với cao su tổng hợp, thí nghiệm xé tiếp tục với tấm nhựa thí nghiệm
DIN 53515 thí nghiệm xé tiếp tục với mẩu thí nghiệm có góc 90 °
DIN 53356 thí nghiệm với da nhân tạo. Thí nghiệm xé tiếp tục với tấm nhựa thí nghiệm
DIN 53575 thí nghiệm với nhựa bọt đàn hồi-mềm. Thí nghiệm xé tiếp tục
DIN 53363 thí nghiệm với phim nhựa. Thí nghiệm xé tiếp tục với tấm phim mỏng hình thang
DIN 1602 thí nghiệm đo độ bền với các vật liệu kim loại

Có rất nhiều chuẩn để xác định độ bềnh kéo của chất dẻo. Những chuẩn này được áp dụng tùy theo
mổi loại chất dẻo. Phương pháp quan trọng nhất thường được áp dụng là thí nghiệm xác định độ
bền kéo theo DIN 53455. Thông qua thí nghiệm này thanh (mẩu) thí nghiệm được chế tạo theo
những tiêu chuẩn đã định trước, nó được kẹp chặt hai đầu vào máy kéo và được kéo dãn ra theo
chiều dài cho đến khi bị đứt làm đôi. Tùy theo thuộc tính khác nhau của mổi loại chất dẻo từ cứng,
dòn, mềm, đàn hồi..vv..mà người ta chọn cho nó một thanh thí nghiệm có hình dáng khác nhau.Thí
dụ cho loại chất dẻo cứng, dòn cần một thanh thí nghiệm có bề dày tương đối nhỏ hơn loại chất
dẻo mềm, dai.



PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

10




























Thí nghiệm đo độ bền kéo và độ dãn đứt

Máy đo độ bền kéo sẽ ghi lại những biểu hiện và trạng thái của lực kéo trong suốt thời gian tác
động lên thanh thí nghiệm và nhất là khi lực lên đến cao nhất. Độ bền là sức chịu đựng của thanh
thí nghiệm khi lực kéo cao nhất tác dụng vào diện tích mặt cắt ngang thẳng góc của nó, lực này
không nhất thiết lệ thuộc vào thời điểm đứt hay trong suốt quá trình thí nghiệm kéo. Trong khi
hiện tượng đứt diễn ra cùng với lực kéo cao nhất sẽ bắt đầu xuất hiện lực kéo thấp hơn tương ứng
với độ bền xé. Độ bền kéo và độ bền xé chỉ giống nhau khi lực kéo đứt luôn ở trị số cao nhất và
không thay đổi trong suốt thời gian thí nghiệm kéo. Điều này có nghĩa là tùy theo mổi loại chất
dẻo, hình dáng thanh thí nghiệm, vận tốc kéo, nhiệt độ…vv…mà lực kéo cao nhất trong nhiều
trường hợp khác nhau của thí nhiệm có thể đạt được.

2.3.3 Một vài khái niệm trong thí nghiệm nén và kéo
2.3.3.1 Hiện tượng gãy ( đứt )
Gãy (đứt) là biểu hiện biến dạng của vật liệu khi chịu trọng tải cao nhất, lệ thuộc vào hiệu ứng (kéo
hay nén) và độ dãn được ghi lại qua thí nghiệm. Biểu hiện gãy của các loại chất dẻo không đồng
nhất, thường lệ thuộc vào các thông số vận tốc tác động, nhiệt độ và trạng thái hiệu ứng.
Thí nghiệm kéo cho thấy các loại chất dẻo dòn bị kéo đứt rời ra trong khi đó các loại dai sẽ bị kéo
chỉ dãn ra sau đó tiến đến biến đứt làm đôi. Tuy nhiên nếu với điều kiện nhiệt độ thấp hay vận tốc
tác động ( kéo ) thật nhanh thì cả hai loại chất dẻo dòn và dai cũng có biểu hiện tương tự như nhau.
Biểu hiện gãy (đứt) trong thực tế biến dạng tự do và thẳng góc với chiều tác động .


PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

11

Biểu hiện gãy đứt của chất dẻo cứng dòn, sơ đồ hiệu ứng dãn

2.3.3.2 Hiện tượng biến dạng đứt ( kéo chỉ )
Chất dẻo dai trước khi đi đến hiện tượng đứt sẽ trải qua một pha biến dạng nhiều hay ít tùy theo chất
liệu, vận tốc, nhiệt độ..vv..Vật thí nghiệm sẽ bị kéo dài ra theo chiều dài, chiều tác động, cho đến ranh
giới chảy ( kéo chỉ ). Hiện tượng kéo chỉ này bắt đầu ngay khi biểu đồ hiệu ứng dãn đạt mức tối đa.












Biểu hiện đứt của nhựa dai, sơ đồ hiệu thế dãn
Diễn tiến của hiện tượng đứt biến dạng có thể rất phức tạp tùy theo các điều kiện lệ thuộc như đã
nói ở trên. Từ đó cho kết quả đồ thị hiệu ứng dãn cũng khác nhau v/d đối với vật thí nghiệm có
cùng chất liệu nhưng điều kiện nhiệt độ, vận tốc tác động, trạng thái tĩnh, trạng thái động..vv…
Kết quả ghi trên biểu đồ hiệu ứng dãn sẽ khác nhau. Người ta tạm lấy đường thẳng 45 ° làm ranh
giới phân chia các loại chất dẻo có thuộc tính từ cứng dòn, đàn hồi dai và đàn hồi mềm theo

Sơ đồ cơ bản của đồ thị hiệu ứng dãn dưới đây













Sơ đồ cơ bản của đồ thị hiệu ứng dãn

PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

12
Biểu đồ hiệu ứng-dãn, được máy kéo ghi lại, thật ra không phải hiệu ứng (N mm
-2
) mà chính là tỉ
lệ tương quan của lực kéo ( N ) lệ thuộc vào độ dãn của vật thí nghiệm, và độ dãn là chiều dài tính
từ điểm ranh giới kéo chảy đến ranh giới đứt của thanh thí nghiệm, chiều dài này được ghi lại bằng
biểu đồ biến dạng-lực hay biểu đồ hiệu ứng dãn.
Khi quan sát hình dáng cơ bản của đồ thị hiệu ứng dãn cho ta những phân biệt tổng quát:
Đối với nhựa cứng hay dòn có đường đồ thị dốc đứng và dường đồ thị thấp và phẳng hơn cho các
loại nhựa đàn hồi, mềm và dai….vv..Khi lực kéo đạt đến tối đa sẽ suất hiện điểm khởi đầu ranh
giới chảy còn gọi là “yield point” ( theo DIN 1602) cho các vật với đầy đủ ý nghĩa có độ bền khi
ranh giới chảy được xác định

Biểu đồ-hiệu ứng -dãn

Khảo sát quá trình thí nghiệm kéo cho thấy : Một thanh thí nghiệm có diện tích mặt cắt ngang Fo
và một chiều dài đo được lo chịu tác dụng bởi lực kéo P bị kéo dài thêm một đoạn Δl. Trong tỉ lệ
tương quan của biểu đồ hiệu ứng-dãn ta có được công thức σ= P/Fo (N mm
-2
)
và độ dãn tương đối ε = Δl / lo ( thông thường độ dãn được diễn tả theo tỉ lệ % có nghĩa là trị số
độ dãn được chọn trong hệ thống trục tọa độ ε = (Δl / lo).100 % . Trước tiên hiệu ứng σ
tỉ lệ thuận với độ dãn. Sau khi qua khỏi ranh giới dãn hiệu ứng nhỏ lại và tiếp tục tăng lên lại cho
đến ranh giới đứt, độ dãn và lực kéo đạt mức tối đa. Sau đây là những điểm trên đồ thị
σp = Ranh giới tỉ lệ thuận: Cho đến đây thì hiệu ứng tỉ lệ thuận với độ dãn. Điều này có
nghĩa là hiệu ứng của thanh thí nghiệm vẫn còn nhỏ hơn hiệu ứng giới hạn. Khoảng
cách giữa điểm đầu tiên và σp gọi là vùng tỉ lệ thuận hay vùng Hooke ( tên của ông

Robert Hooke, 1635-1703, một nhà vật lý học lần đầu tiên tìm ra công thức diễn tả sự
lệ thuộc giữa lực và sự biến đổi dạng của thanh thí nghiệm ). Đối với kim loại vùng tỉ
thuận thường rất lớn và đối với nhựa thì trái lại rất nhỏ hầu như không đáng kể. Nhựa
đàn hồi hay cao-su hoàn toàn không có vùng Hooke thật sự.Trong vùng Hooker sự biến
dạng có tính thuận nghịch, có nghĩa là với thời gian nhất định ở trạng thái tĩnh để tự do
vật thí nghiệm sẽ trở về dạng lúc khởi đầu. Đối với nhựa có trộn chất làm mềm thì hiện
tượng biến dạng thuận nghịch không xãy ra.
σ0,1 = 0,1 % - ranh giới dãn: cho kết quả hiệu ứng kéo làm dãn một trị số ε = 0,1 % trên đường
đồ thị dốc đứng trong vùng tỉ lệ thuận.
σ1,0 = 1 % - ranh giới dãn: là hiệu ứng tương ứng độ dãn ε = 1 % trên đường đồ thị trong vùng tỉ
thuận. Ranh giới dãn này được gọi là ranh giới dãn phần trăm, là ranh giới dãn cao nhất
có thể chịu đựng được.
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

13
σs = Ranh giới duỗi: Theo DIN 1602 là “ hiệu ứng “ dãn qua khỏi mức dãn có thể chịu đựng
và hiện tượng biến dạng không còn thuận nghịch nữa. Ngay lúc này lực kéo hiễn thị trên
máy không thay đổi. Tại điểm này hiệu ứng rất lớn sẽ làm cho vật thí nghiệm bị kéo sợi
rất rõ. Hiện tượng kéo chảy bắt đầu. Tại điểm này cũng gọi là ranh giới dãn-duỗi εs
σB = Độ bền kéo: là sức chịu đựng cao nhất của chất dẻo (hay vật liệu nói chung), trong suốt
thời gian thí nghiệm. Lực kéo tác dụng trực tiếp vào diện tích mặt cắt ngang lúc ban
đầu Fo của thanh thí nghiệm. Trong một vài trường hợp riêng độ bền kéo cũng giống
với ranh giới duỗi hay độ bền xé. Độ dãn cao nhất liên hệ với độ bền kéo là ε Pmax.
σR = Độ bền xé: là lực kéo đứt, có tương quan đến mặt cắt ngang lúc ban đầu của thanh thí
nghiệm. Đây là hiệu ứng kéo thật sự xãy ra ngay trong khoảnh khắc của hiện tượng đứt,
thanh thí nghiệm bị kéo mạnh thành sợi nhỏ và mặt cắt ngang rất nhỏ hơn so với lúc ban
đầu. Độ dãn xé liên hệ với độ bền xé là εR

Dưới đây là hai thí dụ để diễn giải rõ hơn về biểu đồ hiệu ứng-dãn đối với Polyacetal, tượng
trưng cho một loại chất dẻo cứng và Polypropylen tượng trưng cho loại chất dẻo ít cứng hơn.

Polyacetal có độ bền kéo 70 N/mm² ; Vùng tỉ lệ thuận đạt đến 35 N/ mm², có nghĩa là đạt đến 50 %
của độ bền kéo; ranh giới dãn của nó từ 0,1 % đến 1,0 % tương ứng với hiệu ứng 42,5 N/mm² hay
52,5 N/ mm², có nghĩa là đạt đến 60 % hay 75 % của độ bền, và độ dãn liên hệ là ε0,1=
1,3 % và ε 1,0= 2,5 % . Trong khi đó Polypropylen có độ bền kéo 32 N/ mm², nhưng vùng tỉ lệ thuận
chỉ đạt đến 6 N/ mm², có nghĩa là chỉ đến 20 % của độ bền kéo; ranh giới dãn 0,1 % hay 1,0 %
tương ứng với hiệu ứng 100 kp/ cm² hay 16,5 N/ mm², có nghĩa là khoảng 30 % hay 50 % của độ
bền kéo, độ dãn ε 1,1 hay ε 1,0 tương ứng với độ dãn 1,0 % hay 2,5 %.
Qua hai thí dụ này cho thấy vùng tỉ lệ thuận của chất dẻo có được khi lực kéo chỉ làm biến dạng rất
ít thanh thí nghiệm, diều này tương tự như đối với các kim loại. ε σ

















Kết quả của hai thí dụ trên cũng cần phải thỏa các điều kiện như vận tốc kéo, nhiệt độ, độ ẩm .
Nếu thời gian tác động hay vận tốc tác động giãm xuống sẽ làm cho đồ thị chịu đựng-dãn biến
dạng càng lài hơn và ranh giới duỗi hay độ bền đứt giãm theo. Biểu đồ hiệu ứng-dãn của chất dẻo
tương đối cứng sẽ thay đổi với nhiều dạng khác nhau nếu thời gian kéo dài hơn bình thường

khoảng 2-3 phút. Đặc biệt đối với các loại chất dẻo có độ dai-đàn hồi cao thì vận tốc tác động
phải được định trước, nếu không sẽ cho những kết quả không thể so sánh được.
Dưới đây là hai thí dụ điển hình thông qua biểu đồ hiệu ứng dãn của Polyamid 66 sẽ thay đổi
theo điều kiện nhiệt độ và thời gian thí nghiệm khác nhau.


PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

14

.

Các vật lịệu phụ gia v/d sợi thủy tinh cũng làm cho biểu đồ hiệu ứng-dãn của vật liệu thí nghiệm
thay đổi rất lớn. Nói khác đi sợi thủy tinh phụ gia sẽ làm gia tăng độ bền kéo của chất dẻo. Thí dụ
so sánh biểu đồ hiệu ứng-dãn của Polyester ( có tỉ lệ khác nhau của sợi thủy tinh) với PMMA, PC
và PE không có phụ gia cho thấy độ bền kéo của Polyester thay đổi rất lớn













So sánh biểu đồ hiệu ứng-dãn kéo giữa Poyester đói với PMMA, PC, PE

2.3.4 Thí nghiệm xé và thí nghiệm xé tiếp.
Đối với các loại chất dẻo có tính đàn hồi cao v/d cao-su tổng hợp, phim nhựa và nhựa xốp đàn hồi-
mềm người ta khảo sát với các thí nghiệm xé và xé tiếp. Theo DIN 53513 ( cao-su và phim)
và DIN 53575 (nhựa xốp), vật thí nghiệm có dạng góc được kẹp vào máy kéo để khảo sát.
Đối với thí nghiệm xé theo DIN 53356 ( da nhân tạo ) và DIN 53507 ( cao-su và phim ) vật thí
nghiệm được cắt thành những tấm nhỏ và ngay chính giữa cũng được cắt từ cạnh vô đến

PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

15
trung tâm ( xem hình bên dưới ). Lực cần thiết để xé tiếp tác dụng trực tiếp vào bề dày của của
tấm nhựa thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm xé tiếp cho thấy độ bền của tấm phim nhựa cấu trúc
nhiều chiều (biaxial) có độ bền xé lớn hơn so với nhựa cấu trúc một chiều “uni-axial”.






mẩu thí nghiệm dạng góc cho thí mẩu thí nghiệm dạng lưỡi cho thí
nghiệm xé tiếp ( theo DIN 53575 ) nghiệm xé tiếp ( theo DIN 53356 )
Các thí nghiệm xé và xé tiếp trên nguyên tắc cũng giống như các thí nhiệm xác định độ dai đập
và độ dai đập-rãnh, đặc biệt dành cho các loại phim nhựa. Qua thí nghiệm xé cho thấy độ bền xé
của tấm phim sẽ kém hơn khi các cạnh chung quanh có đường rách hay cắt trước, do đó khi chế
biến hay gia công phim nhựa phải chú ý đến phương pháp ứng dụng, thí dụ khi muốn nối hai
tấm phim nhựa lại với nhau thì phương pháp hàn vẫn tốt hơn phương pháp may.
vì đường kim may sẽ tạo nên những vết nứt rãnh có ảnh hưởng đến độ bền xé.

2.4 Lưu suất đàn hồi và lưu suất dãn.
Phương pháp thí nghiệm
DIN 53457 thí nghiệm với nhựa. Xác địng lưu suất đàn hồi với các thí nghiệm kéo, áp lực và thí
nghiệm nén cong
DIN 53445 xác định lưu suất đẩy với thí nghiệm chấn động xoắn
DIN 53426 thí nghiệm với nhựa bọt. Xác định lưu suất đàn hồi thể động và những hệ số tổn thất
với phương pháp chấn động kế.

2.4.1 Lưu suất đàn hồi

Nếu chỉ với độ bền của nhựa được xác định theo chuẩn thì người kỹ sư không thể bắt đầu cho các
tính toán được. Những biểu hiện của vật liệu trước khi đạt đến ranh giới duỗi hay kéo đứt cũng
rất quan trọng đến những hệ số tính toán bởi vì các vật dụng cấu tạo bằng chất dẻo không được
phép gãy, trái lại trước đó phải được lý giải và xác minh về độ bền và độ cứng. Qua đây một
phạm trù tương đối khó hình dung cho những ai không thuộc giới kỹ thuật, được nói đến đó là
lưu suất dãn, còn được gọi tắt là lưu suất-E. Phạm trù này đi chung với hiện tượng-hiệu ứng-dãn
của vật liệu và dùng đề diễn giải đơn giản thí nghiệm kéo.
Trong khi thực hiện thí nghiệm kéo người ta xác định rằng độ dài thêm (dãn ) Δl của vật thí
nghiệm càng lớn khi
1. Lực kéo P càng lớn
2. Độ dài lúc ban đầu lo càng lớn.
3. Diện tích mặt cắt ngang Fo càng nhỏ
4. Độ cứng-dãn của vật liệu càng ít.
Những liên hệ này được diễn tả bằng công thức



Trong công thức này E là trị số “độ cứng dãn” của vật liệu và cũng được gọi là lưu suất đàn hồi.




Ghi chú:
E = lưu suất đàn hồi ( N mm
-2
)
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

16
P = lực kéo ( N )

Fo = diện tích mặt cắt ngang lúc bang đầu ( mm² )
Lo = chiều dài lúc ban đầu của vật thí nghiệm ( mm )
Δl = chiều dài thêm khi bị kéo dãn ( mm )

Trong công thức tính lưu suất đàn hồi người ta lưu ý đến





cũng được diễn tả với công thức:
Từ mối tương quan đơn giản trên cho phép ta hiểu lưu suất đàn hồi tương ứng với hiệu ứng kéo
khi độ dãn ε = 1 có nghĩa là 100 % khi Δl = lo, điều này chỉ thoả với điều kiện độ dãn hoàn toàn
đạt được đàn hồi. Trên thực thế không có một loại vật liệu có thuần tính dãn-đàn hồi nên người ta
chỉ tạm chấp nhận tính tương đối thôi và đi đến kết luận. Lưu suất đàn hồi của vật liệu càng lớn
thì độ dãn của nó càng nhỏ. Nói tóm lại lưu suất đàn hồi là tỉ lệ cũa mối tương quan : hiệu ứng /
sự biến dạng
Thông thường thì hiệu ứng đàn hồi rất khó xác định từ biểu đồ hiệu ứng-dãn. Người ta gián tiếp
ứng dụng thí nghiệm nén cong với thanh thí nghiệm tựa trên 3 điểm và lực nén sẽ tác dụng vào điểm
giữa thanh. Qua thí nghiệm này lưu suất đàn hồi sẽ được tính bằng công thức




Ghi chú :
P = áp lực ( N )
l = chiều dài giữa hai điểm tựa ( mm )
b = chiều rộng của thanh thí nghiệm ( mm )
h = chiều dầy của thanh thí nghiệm ( mm )
δ = khoảng cách nén cong tại điểm tác động, giữa hai điểm tựa ( mm )

Nếu người ta thực hiện thí nghiệm với nhiều điểm hơn thay vì chỉ có ba điểm thì kết quả của lưu
suất đàn hồi ( lưu suất –E ) sẽ chính xác hơn. Lựa tác động chỉ được cao đến giới hạn khi lưu
suất-E vẫn còn thuộc trong vùng Hooke, nghĩa là sự biến dạng phải thỏa điều kiện thuận nghịch
( dãn ra và co lại như lúc khởi đầu ).
Biểu đồ xác định lưu suất-E từ các thí nghiệm-kéo, -nén và nén cong theo DIN 53457 diễn tả chính
xác hơn với vận tốc làm biến dạng 1 % / phút cho chúng ta thấy cả ba phương pháp đều cho kết
quả giống nhau của lưu suất đàn hồi. Người thiết kế bắt buột phải lưu ý đến yếu tố này trong quá
trình tính toán, thiết kế tạo dáng các vật dụng bằng nhựa .


OP = đường tangen của đồ thị hiệu ứng-dãn
điểm E = σ0,1 = 0,1 % - ranh giới dãn
OS = đường cắt đồ thị hiệu ứng-dãn



Lưu suất-đường tangen và lưu suất-đường cắt


PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

17
Tóm lại lưu suất đàn hồi lệ thuộc vào vận tốc tác động ( kéo, nén, nén cong ) hay còn gọi là vận
tốc làm biến dạng. Vận tốc tác động càng lớn thì đồ thị hiệu ứng-dãn càng dốc đứng có nghĩa là
lưu suất đàn hồi càng lớn. Nói cách khác nếu lưu suất đàn hồi càng nhỏ thì vận tốc tác động càng
kéo dài lâu hơn. Trong trường hợp này người ta không gọi là lưu suất đàn hồi nữa mà gọi với tên
là lưu suất biến dạng hay lưu suất thư giãn. Đây cũng là một thuộc tính dãn của nhựa lệ thuộc
vào lực tác động và yếu tố thời gian.

2.4.2 Hiệu ứng đẩy ( Trị số đo của thuộc tính cứng )

Một phương pháp khác được ứng dụng để xác định lưu suất đàn hồi trong trường hợp vận tốc
làm biến dạng tương đối lớn được gọi là thí nghiệm chấn động xoắn ( DIN 53445 ). Người ta xử
dụng một dụng cụ đo chấn động xoắn để ghi lại chấn động tự do của thanh thí nghiệm khi bị lực
tác động. Thanh thí nghiệm được kẹp chặt vào vị trí kẹp trên và dưới của máy ghi chấn động
xoắn theo hình vẽ đơn giản dưới đây.

















Người ta thực hiện thí nghiệm chấn động xoắn để xác định lưu suất đẩy (hay lưu xuất xoắn) trong
điều kiện lệ thuộc vào nhiệt độ khối lượng. Lưu suất G là lực cần thiết để làm xoắn một mẩu thí
nghiệm có diện tích mặt cắt ngang Q (mm
2
), chu vi vòng xoắn (mm) được đo bởi tia sáng phản chiếu
trên mặt gương do lực đẩy tác dụng vào thanh cản. Lực đẩy (N) xác định số lượng của cường độ chấn
động. Đối với nhựa không có tính đàn hồi cao thì biên độ chấn động (lực đẩy) sẽ hạ thấp rất nhanh
hay còn gọi là chấn động hãm. Các biên độ A

1
, A
2
, A
3
,....,A
n
của chấn động nhỏ dần đều và chấn
động giảm dần được diễn tả bởi công thức Λ = ln A
1
/A
2
ln A
n
/ A
n+1
. Hệ số giảm cơ học d kết hợp
với biên độ qua tỉ lệ




Lưu suất đẩy cũng tính được từ thí nghiệm xác định lưu suất đàn hồi trong trường hợp tác động
chấn động rung ở thể động nếu người ta biết trước được hằng số Poisson μ của vật liệu
(của thanh thí nghiệm). Hằng số này lệ thuộc vào sự thay đổi thể tích của vật liệu khi bị biến
dạng. Đối với các vật liệu không có sự thay đổi thể tích v/d cao-su có hằng số μ lớn nhất 0,5,
đối với các loại nhựa cứng thì hằng số μ nằm trong khoảng 0,3, và cho các loại nhựa ít cứng hơn
thì hằng số μ nằm trong khoảng 0,4 và 0,5. Mối tương quan giữa lưu suất đàn hồi E, lưu

PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

18
suất đẩy hay lưu suất xoắn G và hằng số μ được diển tả bằng công thức E = 2G (1+μ ) và để đơn
giản hóa người ta diển tả công thức tính lưu suất đàn hồi như sau : E = 2,8.G.
Kết quả đo được của hiệu suất đẩy hay hiệu suất đàn hồi lệ thuộc rất nhiều vào yếu tố nhiệt độ.
Sau đây là một vài thí dụ so sánh thuộc tính vật lý khác nhau của giữa nhựa và kim loại thông
qua các thí nghiệm xác định độ bền, lưu suất đàn hồi, độ cứng dãn..vv…..

Cấu trúc khác nhau của vật liệu tự nó đã cắt nghĩa được cơ bản tại sao độ bền của chất dẻo thấp hơn
kim loại. Thông qua bảng so sánh độ bền-kéo giữa chất dẻo và kim loại cho ta thấy độ bền của các
loại chất dẻo không có phụ gia thấp hơn các kim loại thường dùng. Độ bền của chúng được gia tăng
đáng kể với ảnh hưởng của phụ gia với tơ sợi ( thiên nhiên hay nhân tạo ), và với sợi thủy tinh. Tuy
nhiên những trị số đo được trong bảng so sánh này cũng chỉ có giá trị tương đối ( trị số ngắn hạn ).
Trên thực tế còn rất nhiều những yếu tố quan trọng khác trong các lĩnh vực ứng dụng khác nhau.
Ngoài ra do chất dẻo có tỉ trọng thấp nên khi được phụ gia với sợi thủy tinh, độ bền gia tăng,
cũng có thể so sánh với các kim loại nhẹ và cứng. Trên lý thuyết chất dẻo phụ gia đạt yêu cầu đòi
hỏi thay thế các bộ phận bằng kim loại với lực tác động kéo, điều kiện trọng lượng.
Điều này thật ra cũng khó trở thành hiện thực, đòi hỏi nhiều cân nhắc. Một mặt chất dẻo lệ thuộc
vào điều kiện thay đổi không điều nhau về số lượng và giá cả, mặt khác chúng có thuộc tính dãn
nở cao ( đồng nghĩa với lưu suất-đàn hồi thấp). Đây là yếu tố có tính quyết định cản trở độ bền lý
thuyết của chất dẻo có thể được xử dụng hoàn toàn. Trong bảng so sánh lưu suất-đàn hồi giữa
chất dẻo và kim loại cho thấy các trị số lưu suất-đàn hồi của chất dẻo quá thấp so với nhôm và
magnesium. Đây là lý do cơ bản khiến cho các nhà thết kế do dự trong việc thay thế chất dẻo đối
với một số các bộ phận bằng kim loại bởi vì trị số lưu suất-đàn hồi thấp sẽ đặc biệt tác dụng đến
điều kiện chịu đựng lực kéo, nén, nén cong, chấn động xoắn..vv.. Nếu so sánh với độ cứng-dãn
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

19
riêng, có nghĩa là tỉ lệ lưu suất-đàn hồi đối với tỉ trọng thì sự khác biệt giữa nhựa và kim loại
càng lớn hơn.
2.5 Những thí nghiệm với thời gian dài

Các phương pháp thí nghiệm
DIN 50118/ 19 Thí nghiệm với các vật liệu kim loại nói chung,
DIN 53444 Thí nghiệm với nhựa. Thí nghiệm kéo lệ thuộc theo thời định,
DIN 53425 Thí nghiệm với nhựa bọt cứng. Thí nghiệm theo thời định cùng với nhiệt độ
DIN 53574 Thí nghiệm với nhựa bọt mềm-đàn hồi. Thí nghiệm chấn động lâu
DIN 8061 Ống dẫn từ những yêu cầu cho phẩm chất đối với PVC, thí nghiệm áp lực bên
trong theo thời định
DIN 53374 Thí nghiệm với phim nhựa. Thí nghiệm nén cong tới và lui
DIN 53359 Thí nghiệm với da giả. Thí nghiệm bẻ lâu
DIN 53513 xác định thuộc tính nhờn-đàn hồi của cao-su nhân tạo.

2.5.1 Mục đích của thí nghiệm với thời gian dài.
Các thí nghiệm được diễn tả ở phần trên chỉ thực hiện trong thời gian ngắn rồi chấm dứt, lực tác
động cũng được ghi trên biểu đồ theo đơn vị thời gian là giây, nên người ta gọi là “ thí nghiệm
thời gian ngắn “. Thí nghiệm thời gian ngắn đều thích hợp cho chất dẻo cũng như kim loại. Các
thí nghiệm với lực tác dụng làm biến dạng các loại chất dẻo trong thời gian dài được gọi là “ thí
nghiệm thời gian dài “. Tất cả các vật liệu, thích hợp cho kim loại và cho cả chất dẻo sẽ cho
những biểu hiện tác dụng khác nhau với thời gian dài, trong khi không xác định được nếu chỉ
thông qua với thí nghiệm thời gian ngắn. Trong thực tế những tác động thời gian dài xãy ra rất
thường v/d độ bền, sức chịu đựng của vật liệu lệ thuộc vào yếu tố thời gian. Ngay cả trong điều
kiện nhiệt độ bình thường các thí nghiệm với yếu tố thời gian cũng đóng vai trò rất lớn. Ngoài ra
đối với kim loại chỉ biểu hiện tương tự khi ở điều kiện nhiệt độ cao.
Để thích hợp cho các trường hợp chịu đựng người ta phải thực hiện và phân biệt thí nghiệm thời
gian dài giữa điều kiện thể tĩnh và thể động. Đối với thí nghiệm ở trạng thái tĩnh thì tác dụng của
lực tác động lên vật thí nghiệm không thay đổi hay rất ít nếu có. Ngược lại với thí nghiệm, ở trạng
thái động thì lực tác động được áp dụng với cường độ mạnh và nhanh ( chu kỳ ), có nghĩa là tạo ra
tác động nhanh để qua đó xác định “ biểu tượng mệt mỏi “ của vật liệu.
Những biểu hiện của nhựa trong thí nghiệm thời gian dài rất quan trọng cho việc xác định độ bền của
nhựa trong thực tế. Thông qua các thí nghiệm thời điểm hay thí nghiệm trườn với điều kiện thời gian
và trọng tải phải được xác định trước. Vật thí nghiệm sẽ chịu trọng tải cố định trong khoảng thời gian

nhất định cho đến khi xãy ra hiện tượng đứt, còn gọi là độ bền theo từng thời điểm.













Độ bền theo từng thời đểm được ghi lại trên biểu đồ, nếu nối những thời điểm này lại với nhau
thành một đường thẳng ta sẽ có đường ranh giới đứt theo thời gian.


Hiệu ứng đứt theo từng thời
điểm trong thí nghiệm kéo với
thời gian dài

PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

20

biểu đồ đường ranh giới đứt theo thời gian biểu đồ hiệu ứng dãn với đường đứt
theo thời gian















Độ bền theo từng thời điểm của POM ( biểu đồ theo TAPROGGE )

t = 5 h:σB/Sh ≈ 55 N/mm2
t = 103 h: σB/10³ ≈ 40 N/mm2

Trước khi bước qua phần thí nghiệm xác định biểu hiện ở trạng thái động và tĩnh theo thời gian dài
và ngắn của chất dẻo chúng ta nên biết sơ qua về cơ cấu sự biến dạng của chúng.

2.5.2 Nguyên tắc cơ bản của biểu hiện biến dạng.
Một vật liệu sẽ bị thay đổi dạng khi nó chịu tác động cơ học hay chịu đựng trọng tải. Sự biến dạng
này được phân biệt gồm 3 hiện tượng cơ bản: Biến dạng -thuần đàn hồi, -đàn hồi nhờn và -nhờn .
2.5.3 Biến dạng thuần đàn hồi
Sự biến dạng nói lên rằng mổi loại vật liệu đều biểu hiện rỏ ràng biến dạng (co lại, dãn ra) theo
những quy luật nhất định. Sự biến dạng này tham dự vào từng thời điểm của sự chịu đựng của toàn
khối vất thể, nó không lệ thuộc vào thời gian tác động và có tính hoàn toàn thuận nghịch. Khi trọng
tải không còn thì sự biến dạng cũng mất đi và hoàn toàn trở lại dạng khởi đầu. Nếu xét về mặt thuần
lý thuyết thì sự biến dạng này chỉ lệ thuộc vào hiệu ứng và theo tỉ lệ thuận với hiệu ứng ( hiệu ứng
tăng gấp đôi thì sự biến dạng cũng tăng theo gấp đôi ). Người ta gọi đó là sự đàn hồi theo định luật
Hooke. Đồ thị hiệu ứng làm biến dạng là một đường thẳng, diễn tả sự lệ thuộc giữa hiệu ứng và sự
biến dạng. Trong trường hợp này tỉ lệ hiệu ứng / sự biến dạng có trị số không thay đổi và không lệ
thuộc vào thời gian (với điều kiện nhiệt độ được xác định trước).



PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

21
2.5.4 Biến dạng đàn hồi-nhờn
Khi chịu đựng trọng tải vật liệu đàn hồi-nhờn cũng thay đổi dạng, nhưng biểu hiện trái lại với
biến dạng thuần đàn hồi, không xãy ra hoàn toàn tức thì mà chậm từ từ và lệ thuộc vào yếu tố
thời gian. Sự biến dạng biểu hiện không cân đối với lực tác động. Khi lực tác động mất đi thì sự
biến dạng nhỏ dần, không trở lại dạng khởi đầu tức thì nhưng với vận tốc rất chậm cho đến khi
trở về dạng khởi đầu. Một biểu hiện biến dạng như thế được gọi là đàn hồi-nhờn hay “ đàn hồi từ
từ “. Trong trường hợp này đồ thị hiệu ứng-biến dạng không còn là đường thẳng, trị số tỉ lệ hiệu
ứng / sự biến dạng ( lưu suất đàn hồi ) thay đổi và lệ thuộc vào thời gian.

2.5.5 Biến dạng nhờn ( chảy-nhờn )

Biến dạng nhờn là một thuộc tính của nhựa biểu hiện biến dạng trong khi dãn, khi không còn
chịu trọng tải thì sự biến dạng dừng lại, đứng yên, không từ từ và cũng không trở lại dạng khởi
đầu. Nói cách khác vật thể bị biến dạng không trở về lại dạng lúc khởi đầu như khi chưa bị biến
dạng. Trong trường hợp này tỉ lệ hiệu ứng / sự biến dạng cũng lệ thuộc vào thời gian.
Dưới đây là biểu tượng cơ bản của những trạng thái biến dạng














Ghi chú :
a) sự biến dạng thuần đàn hồi.
Sự biến dạng lệ thuộc vào thời gian, xãy ra ngay khi chịu trọng tải và trở về dạng khởi
đầu khi trọng tải không còn nữa.
b) sự biến dạng đàn hồi-nhờn
Sự biến dạng bắt đầu với vận tốc rất chậm và tiếp tục cũng với vận tốc như thế, nhưng
khi không còn chịu trọng tải vật thể sẽ trở lại hoàn toàn dạng lúc ban đầu. Sự biến dạng
này lệ thuộc vào yếu tố thời gian
c) Sự biến dạng nhờn
Bắt đầu biến dạng khi chịu trọng tải, đứng yên khi không còn trọng tải và không trở lại
dạng lúc ban đầu. Sự biến dạng này lệ thuộc vào yếu tố thời gian.

2.5.6 Sự giao thoa của các hình thức biến dạng trong thực tế.
Các hình thức biến dạng vừa trình bày ở phần trên hoàn toàn không cụ thể vào một loại vật
liệu nào mà chỉ thuần về lý thuyết của sự biến dạng. Trong thực tế các yếu tố khác như chất
liệu, nhiệt độ, vận tốc..vv..cũng tham dự đồng thời vào biểu hiện biến dạng của vật liệu và
đôi khi có tác dụng chồng tréo lên nhau ( giao thoa ). Khi chịu tác động cơ học mổi vật thể có
những biểu hiện cơ bản tuần tự như sau:
Ngay khi thời điểm chịu trọng tải sự biến dạng khởi đầu không lệ thuộc vào thời gian. Nếu trọng
tải được lấy ra ngay khi đó, thì sự biến dạng cũng hoàn toàn biến mất. Trường hợp này chỉ xãy
ra khi:
a) trọng tải nhỏ không đáng kể và
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

22
b) thực hiện trong thời gian thật ngắn ( chịu và lấy đi trọng tải )
Tuy nhiên nếu trọng tải tác dụng với thời gian dài hơn, thì biểu hiện biến dạng sẽ gia tăng theo
thời gian, hiện tượng này có tính thuận nghịch đối với sự biến dạng đàn hồi-nhờn và nhờn, được
gọi là hiện tượng “ trườn “ đôi khi cũng còn được gọi là hiện tượng “ dòng chảy lạnh “. Dĩ nhiên
vận tốc trườn lệ thuộc vào chất liệu, nhiệt độ, trọng tải…vv… Với một thời gian tương ứng cũng
có thể xãy ra biến dạng quá nhanh và đi đến hiện tượng bứt đứt của vật thí nghiệm.
Nếu trọng tải được lấy ra khỏi trước khi xãy ra hiện tượng bứt đứt, thì ngay tức thì sự biến dạng
thuần đàn hồi sẽ dừng lại và trở lại dạng lúc khởi đầu. Trong khi đó đối với biến dạng đàn hồi-nhờn
sẽ biểu hiện tiếp tục và chậm dần cho đến khi chấm dứt tương ứng với biến dạng nhờn.

ε1 = Biến dạng thuần đàn hồi ( bất chợt )
ε2 = Biến dạng đàn hồi-nhờn/ nhờn ( từ từ )
ε3 = biến dạng trở lại thuần đàn hồi ( thật nhanh )
ε4 = biến dạng trở lại đàn hồi-nhờn ( từ từ )
ε5 = Biến dạng đứng yên.

Trong thực tế đôi khi có những biến dạng quá nhỏ không đáng kể nên người ta không thể đo
được. Thí dụ : trong điều kiện nhiệt độ bình thường ( 23 °C ) thép biểu hiện biến dạng thuần đàn
hồi và chỉ thực sự có biểu hiện trạng thái biến dạng nhờn khi ở nhiệt độ cao. Trong khi đó đối với
nhiều loại nhựa thì ngược lại, chúng đã xãy ra hiện tượng trường ( dòng chảy lạnh ) ở nhiệt độ
bình thường và chỉ biểu hiện biến dạng thuần đàn hồi ở nhiệt độ rất thấp. Nói tóm lại chất dẻo có
biểu hiện biến dạng ở nhiệt độ thường giống như thép ở nhiệt độ cao. Biểu tượng này hoàn toàn
giống với lưu suất đàn hồi đã trình bày ở phần trên.
Các nhà thiết kế từng quen với thuộc tính của các vật liệu cổ điển như thép, bê-tông..vv.. phải lưu
ý đến yếu tố lệ thuộc thời gian khi thiết kế vật dụng bằng chất dẻo. Tuy nhiên biểu hiện này hoàn
toàn không phải đi từ cấu trúc phân tử của chúng. Các loại chất dẻo ứng nhiệt ( thermoplaste )
được cấu thành từ chuỗi phân tử dài. Lực kết nối giữa các phân tử hành phần, lực kết nối hoá học,
rất yếu do đó dễ bị phá vỡ bởi tác dụng của hiệu ứng lực hay nhiệt từ bên ngoài.

2.5.7 Thí nghiệm thời gian dài với trạng thái tĩnh
Thí nghiệm thời gian dài với trạng thái tĩnh nhằm mục đích xác định biểu hiện biến dạng của
vật liệu khi chịu đựng trọng tải. Với thí nghiệm này trọng tải không thay đổi và người ta đo
sự biến dạng của vật liệu lệ thuộc vào yếu tố thời gian, gọi là thí nghiệm trườn.
Thí nghiệm trườn có thể được thực hiện với các phương cách kéo, nén và nén cong.

Sự gia tăng độ dãn với yếu
tố thời gian của thí nghiệm
trườn
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

23











Đồ thị của hiệu ứng và độ dãn lệ thuộc vào thời gian của thí nghiệm trườn

Khi quan sát đồ thị trườn qua thí nghiệm kéo người ta phân biệt được 3 vùng cơ bản khác nhau:
trườn chuyển tiếp, trườn ổn định và trườn gia tốc.
Vùng trườn chuyển tiếp: trong vùng này vận tốc trườn khởi đầu rất nhanh ( sự biến dạng gia tăng
theo thời gian ), sau đó vận tốc trườn sẽ giãm dần để bước qua
Vùng trườn cố định với vận tốc trường tương đối ổn định cho đến khi đồ thị đạt đến ranh giới
kéo chảy.
Vùng trườn gia tốc: khởi đầu sau khi qua khỏi ranh giới kéo chảy, với vận tốc trườn biến thiên rất

nhanh trong thời gian ngắn đi đến biểu hiện đứt.

đồ thị : ε = ε ( t, σ )



I = Vùng trườn chuyển tiếp
II = Vùng trườn ổn định
III = Vùng trườn gia tốc



2.5.7.1 Định luật trườn
Có rất nhiều định luật để diễn giải đồ thị trườn, còn gọi là các hàm số tính độ trườn ( độ dãn theo thời
gian ), các định luật này tùy thuộc rất nhiều vào điều kiện thí nghiệm cũng như các yếu tố liên quan
được xác định trong quá trình thí nghiệm. Thí dụ : đối với các loại chât dẻo ứng nhiệt cứng ( harte
Thermoplast ) và chất dẻo chịu nhiệt ( duroplast ) thì vùng trường ổn định rất thích hợp với định
luật trườn của FINDLEY, tuy nhiên khi thí nghiệm trong điều kiện nhiệt độ cao thì định luật này
không còn chính xác nữa và người ta cần đến những thí nghiệm phức tạp hơn và qua đó cần đến
những định luật được diễn giải bởi những hàm số phức tạp hơn.
Định luật trườn của FINDLEY:
ε (t) = εe + m · tn
εe = σ/ E : độ dãn đàn hồi
m, n = các thông số lệ thuộc vào hiệu ứng và chất liệu
σ = hiệu ứng
E = lưu suất đàn hồi
t = thời gian

PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

24
















Biểu đồ trườn của POM trong vùng trườn ổn định, cho thấy đồ thị là đường thẳng tỉ lệ thuận với
thời gian và càng dốc đứng khi hiệu ứng càng lớn.
Định luật trườn của MARIN




εe = độ dãn đàn hồi
εp = độ dãn sơ cấp
εs = độ dãn thứ cấp
A, B, C = những hệ số lệ thuộc vào chất liệu

m, n, p = những hệ số lũy thừa lệ thuộc vào nhiệt độ
σ = hiệu ứng
E = lưu suất đàn hồi
t = thời gian
ảnh hưởng hiệu thế được lưu ý trong định luật trườn của MARIN



σG = thông số hiệu ứng lệ thuộc vào thời gian
σ = hiệu ứng
E = lưu suất đàn hồi
T = thời gian
a = hệ số giảm lệ thuộc vào chất liệu
n = hệ số lũy thừa

2.5.7.2 Biểu hiện thư giãn
Chất dẻo có khả năng tự giãm hiệu ứng đối với trọng tải mà trước đó nó đã chịu đựng và bị kéo
dãn ra. Thí dụ người ta dùng sức bọc một ống nhựa rổng sao cho nó bám sát mặt ngoài một trục
thép. Với yếu tố thời gian lâu dài sẽ làm cho lực nén nhỏ dần và do đó không còn hội đủ điều
kiện để ống nhựa bám chặt vào trục thép nhữa. Thuộc tính thư giãn này được xác định bởi thí
nghiệm kéo theo DIN 53441, và được gọi với tên thí nghiệm thư giãn hiệu ứng. Thí nghiệm này
xác định sự giãm hiệu ứng trong điều kiện thời gian dài và duy trì độ dãn không thay đổi.

PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

25

Giãm hiệu ứng với biến số thời gian trong thí nghiệm thư giãn

Thí nghiệm này cho thấy sự thư giãn đồng dạng với biểu hiện trườn đứng yên. Người ta có thể
tạo nên một trọng tải lớn nhất đối với thanh thí nghiệm rồi theo thời gian giãm dần trọng
tải bằng cách bỏ dần trọng lượng treo vào thân thanh thí nghiệm sao cho độ dãn khởi đầu của nó
không thay đổi, như thế sẽ tạo ra hiện tượng giãm đi hiệu ứng, biểu hiện trường vẫn duy trì trong
điều kiện mất dần trọng tải nhưng sự biến dạng vẫn không thay đổi.








2.5.7.3 Sự biến dạng trở lại ( lúc khởi đầu )
Sự biến dạng trở lại của các vật liệu kim loại xuất hiện ngay sau khi không còn chịu trọng tải.
Trên thực tế có thể nói sự biến dạng trở lại này xãy ra đồng thời khi không còn chịu trọng tải.
Trái lại đối vớ nhựa thì sự biến dạng này xãy ra chậm hơn và lệ thuộc rất nhiều vào yếu tố chất
liệu của mổi loại nhựa và đôi khi kéo dài hằng giờ đồng hồ.
Biến dạng trở lại được thực hiện bởi thí nghiệm kéo lệ thuộc thời gian theo DIN 53444

2.5.7.4 Biến dạng trở lại hoàn toàn
Là biến dạng trở lại nguyên hình dạng lúc khởi đầu sau khi không còn chịu trọng tải. Qua thí
nghiệm cho thấy các loại nhựa có cấu trúc bất địng dạng (amorphe) thường có biến dạng này, nếu
vật thí nghiệm không bị hư hại trên bề mặt (trầy, sướt) hay những rãnh nứt bên trong.
Ranh giới kéo chảy là giới hạn của sự biến dạng thuận nghịch này.

Tiến trình của hiệu ứng và
độ dãn với biến số thời gian
trong thí nghiệm thư giãn
Sơ đồ hiệu ứng-dãn của
thí nghiệm kéo lệ thuộc
thời gian
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de