giáo trình Công nghệ chất dẻo phần 3 doc

33














độ bền nén cong xoay chiều của một vài loại nhựa nhiệt dẻo

2.7.3 Đồ thị Woehler
kết quả thí nhiệm chấn động rung trong thời gian dài cho thấy biên độ hiệu ứng càng cao thì hiện
tượng gãy ( đứt ) cũng xãy ra càng nhanh. Tương quang giữa biên độ hiệu ứng và số lần chịu tác
động được ghi lại bằng đồ thị Woehler. Đó là một biểu đồ phân chia theo biên độ lorarith với
mục đích diễn tả số lần tác động lên thanh thí nghiệm.
σA : Biên độ hiệu ứng có thể
chịu đựng cho đến lúc gãy
N : Số lần tác động
NG : Số lần tác động giới hạn

Đồ thị Woehler ( đơn giả
n )

Vùng độ bền chấn động ( theo thời gian ) và độ bền cố định được phân ranh giới trên đồ thị
Worhler bởi số lần chịu tác động giới hạng NG.










Đồ thị Woehler của một vài loại nhựa nhiệt dẻo điển hình

2.7.4 Một số định nghĩa trong đồ thị Woehler:
Độ bền chấn động cố định σD là hiệu ứng chấn động của vật liệu tương ứng với hiệu ứng trung
bình σm trong những lần chịu đựng tác động không xãy ra hiện tượng gãy.
σD = σm ± σa
Nhiều loại nhựa không có độ bền chấn động cố định, biên độ hiệu ứng của chúng σa giảm dần
theo sự gia tăng của số lần chịu tác động N. Như thế phải dựa vào độ bền theo thời gian,
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

34

Có nghĩa là mổi hiệu ứng, với hiệu ứng trung bình σm cho trước, chỉ xác định trong khoảng thời
gian nhất định hay số lần có thể chịu tác động N của thanh thí nghiệm.
σD (N) = σm ± σa (N)
Đồ thị Woehler chỉ xác định được hiệu ứng trung bình σm của một loại nhựa với điều kiện các
biểu tượng vật liệu của nó phải được biết trước v/d như độ bền kéo và nén với chấn động. Biểu

tượng trong vùng nén cũng gần giống như trong vùng kéo, cho nên hiệu ứng nén chỉ áp dụng
trong tính toán thông qua từ những biểu tượng trong vùng kéo. Sự tổng hợp của biên độ hiệu ứng
chịu đựng σa theo biến số hiệu ứng trung bình σm được diễn tả trong đồ thị độ bền cố định hay
độ bền theo thời gian.

















Sơ đồ độ bền-theo thời gian hay -cố định độ bền theo thời gian của POM

2.8 Thí nghiệm độ cứng (rắn)
Các phương pháp
DIN 53454 Thí nghiệm với chất dẻo (nói chung ). Thí nghiệm nén.
DIN 53463 Thí nghiệm tách rời đối với tấm nhựa ép với nhiều tầng
DIN 53421 Thí nghiệm với chất dẻo xốp cứng. Thí nghiệm nén
DIN 53514 Thí nghiệm với cao-su tổng hợp. Xác định độ cứng biến dạng.
DIN 53577 Thí nghiệm chất dẻo xốp đàn hồi-mềm.

DIN 53572 Thí nghiệm với chất dẻo đàn hồi. Xác định biến dạng nén
DIN 51524 Dụng cụ cho thí nghiệm độ cứng
DIN 51351 Thí nghiệm Brinell
DIN 50103 Thí nghiệm Rockwell
DIN 53505 Thí nghiệm Schore A, C và D
DIN 53519 Xác định độ cứng của cao su với áp lực bi sắt
DIN 53576 Thí nghiệm với nhựa bọt đàn hồi mềm. Xác định trị số độ cứng

Độ cứng của vật liệu là tính ứng kháng của nó được biểu hiện khi bị làm biến dạng bởi lực tác
động từ bên ngoài. Trong trường hợp này là độ bền nén. Tuy nhiên một trị số cho độ cứng của
vật liệu rất khó định nghĩa. Người ta phải dựa vào ứng dụng của mổi loại vật liệu để xác định cho
chúng một phương pháp thí nghiệm thích nghi


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

35

2.81 Bảng so sánh độ cứng Mohs
Một phương pháp đo độ cứng được biết trước đây khá lâu được gọi là bảng so sánh độ cứng
Mohs với 10 bậc, mổi bậc là những trị số của khoáng vật liệu được biết trước và được phân định
từ mềm đến cứng với phấn ( viết bảng ) = 1, thạch cao = 2 ………kim cương = 10. Những bậc
này được xem như những chuẩn định để so sánh với vật liệu nhựa thí nghiệm.
Người ta phải dự kiến trước với rất nhiều khả năng để đo độ cứng và trên thực tế tự trong mổi
lĩnh vực vật liệu giới hạn như kim loại hay chất dẻo nhiều trị số độ cứng khác nhau với phương
pháp này.

2.8.2 Độ bền nén
Với thí nghiệm nén theo DIN 53454, vật thí nghiệm có hình dáng hột súc xắc hay ống tròn, và được
đặt giữa hai bệ của máy nén. Khi chịu tác động bởi lực nén vật thí nghiệm sẽ bị biến dạng và sự biến

dạng này lệ thuộc vào lực tác động được ghi trên biểu đồ. Tương tự như trong thí nghiệm kéo, lực
kéo cao nhất rất quan trọng vì độ bền nén chính là lực cao nhất tác dụng vào diện tích mặt cắt ngang (
lúc ban đầu ) của vật thí nghiệm. Lực tác động cao nhất được xác định ngay liền trong thời điểm xãy
ra hiện tượng gãy và như thế “độ bền nén” hay “độ bền gãy “ cũng tương tự như nhau. Trong những
trường hợp khác thì hai trị số này khác nhau. Hiện tượng gãy chỉ xãy ra đối với các loại nhựa cứng và
dễ vỡ. Thí nghịệm độ cứng theo DIN 53453 với phương pháp nén không thích hợp với các loại
nhựa nhiệt có thuộc tính dai, vì sự biến dạng của chúng gia tăng với sự gia tăng lực tác động nhưng
lại không đạt đến giới hạn chảy hay hiện tượng gãy, như vậy ứng dụng này hoàn toàn không có ý
nghĩa gì cả.

2.8.3 Thí nghiệm chẻ
Một thí nghiệm khác có liên quan đến độ bền nén được nhắc đến đó là thí nghiệm chẻ theo DIN
53463 thường áp dụng cho các các loại chất dẻo cứng được cấu tạo bởi nhiều lớp ép lại với nhau
và cũng thích hợp cho các vật liệu khác như giấy cứng, giấy carton, vải vóc vv
Vật thí nghiệm được chuẩn bị trước thành những miếng nhỏ có bề dày ít nhất 10 mm theo kích
thước 10 mm x 15 mm x 15 mm và được đặt vào vị trí cố định sao cho thiết diện
10 mm x 15 mm thẳng góc với chiều kết hợp của các lớp ép. Một cái chêm bằng thép hình nón,
với góc mở 60° và 0,5 mm được xử dụng để chẻ thẳng góc vào mặt thiết diện. Cái chêm này sẽ
nén lên thiết diện vật thí nghiệm với một vận tốc đều ( không thay đổi ) cho đến khi chẻ được
thiết diện. Lực tác động cao nhất được gọi là trọng tải chẻ.








2.8.4 Độ cứng biến dạng
Đối với các loại chất dẻo xốp hay đàn hồi người ta cũng áp dụng thí nghiệm nén để xác định độ

cứng của chúng nhưng với nguyên tắc khác. Vật thí nghiệm được chuẩn bị trước có dạng hình trụ
với đường kính 10 mm và chiều cao 10 mm, được đặt giữa bệ nén, bên trên nó là tấm truyền lực.
Trị số độ cứng chính là sự biến dạng của vật thí nhiệm khi bị tác động bởi lực nén được định
trước, điều kiện nhiệt độ 80 °C, và trong vòng 30 giây vật thí nghiệm sẽ bị nén 40 % so với chiều
cao lúc ban đầu của nó. Thí nghiệm nện theo DIN 53577 cũng ứng dụng để xác định độ cứng cho
nhựa bọt đàn hồi mềm, vật thí nghiệm có dạng hình vuông 80 mm x 80 mm và bề dày 50 mm,
được đặt nằm giữa hai tấm kim loại và lực tác động sẽ nén vật thí nghiệm để làm biến dạng nó
v/d 40 %. Lực lớn nhất được được máy nén ghi lại trên bảng đơn vị Sau khi tính toán dựa trên
diện tích mặt phẳng thẳng góc sẽ cho ra trị số lông chim hay trị số độ cứng nén của nhựa xốp
Thí nghiệm chẻ lên tấm chất dẻo
được cấu tạo bởi nhiều lớp ép lại
với nhau ( theo DIN 53463 )

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

36

theo đơn vị N/ mm². Người ta đo lực nén không phải chỉ qua sự biến dạng nhất định, mà chính là
toàn thể hiện tượng biến dạng với biểu đồ biến dạng lực, còn gọi là đồ thị lông chim ( vì có hình
dạng giống lông chim ). Đối với nhựa xốp không thể xác định độ cứng nén mà chỉ có thể thông
qua trị số đo của biểu đồ biến dạng lực.

Đồ thị lông chim của nhựa xốp Polyurethan và nhựa xốp PVC mềm

2.8.5 Độ cứng nén bi sắt đối với loại chất dẻo chịu nhiệt
Khác với kim loại chất dẻo có thành phần biến dạng đàn hồi nhờn. Một vật thể sẽ biến dạng khi
chịu đựng trọng tải nhưng khi trọng tải mất đi vật thể lại biến dạng trở lại lúc ban đầu ( từng phần
hay hoàn toàn ). Do đó chiều sâu dấu ấn của bi sắt đo được không phải chỉ trong thời gian chịu
trọng tải mà lệ thuộc cả vào khoảng thời gian biến dạng của nó sau khi không còn chịu trọng tải
của bi sắt. Các thí nghiệm của Rockwell, Brinell và Vickers cũng được áp dụng để đo độ cứng
của chất dẻo nhưng nguyên tắc khác với đo độ cứng của kim loại. Hai thí nghiệm cơ bản khác
nhau được đề cập đến.







2.8.6 Bề sâu dấu ấn lệ thuộc theo thời gian
AB = Tác động tạo ra dấu ấn
BC = Biến dạng đàn hồi nhờn ( trái : chịu trọng tấn trong 15 giây, phải 1 giây )
CD = Thư giãn đàn hồi ( không có trọng tải )
DE = Thư giãn đàn hồi nhờn ( biến dạng trở lại rất chậm )
Với thí nghiệm này, DIN 53456, được áp dụng với bi sắt có đường kin 5 mm, áp lực

từ 0,5 đến 10 N tùy theo mổi loại chất dẻo có độ cứng khác nhau, nén lên bề mặt của vật thí
nghiệm. Sau thời gian 10 giậy và sau 60 giây chịu trọng tải sẽ tạo trên bề mặt vật thí nghiệm một
dấu ấn có chiều sâu đo được theo thời gian ( biến dạng trườn theo thời gian ). Độ cứng được tính
bởi công thức.
H = Độ cứng [N/ mm²]
P = Trọng tải [N]
D = Đường kính bi sắt [mm]
t = Bề sâu dấu ấn [mm]
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

37

Dưới đây là bảng trị số độ cứng của các loại nhựa và kim loại đo được với thí nghệm Brinell
Polyaethylen tỉ trọng thấp 14- 20 N/ mm²
Polyaethylen tỉ trọng cao 18- 30 N/ mm²
Polypropylen 65- 80 N/ mm²
Polystyrol 110 N/ mm²
Polyvinylchlorid cứng 120 N/ mm²
Polycarbonat 100 N/ mm²
Polyamid 6-6 60- 80 N/ mm²

Phenolharz ( forméca ) 130 N/ mm²
Polyesterharz 130- 200 N/ mm²
Epoxidharz 150- 180 N/ mm²

Nhôm ròng 150- 350 N/ mm²
Nhôm hợp kim 900- 110 N/ mm²
Messing 700- 1400 N/ mm²
Đồng đỏ 600- 1800 N/ mm²
Sắt đúc 1400- 2400 N/ mm²

Thép tôi 1300- 2500 N/ mm²

2.8.7 Độ cứng Shore đối với các loại chất dẻo mềm.
Các loại chất dẻo có đặc tính tương tự như cao su hay được làm mềm bởi các chất phụ gia rất thích
hợp với thí nghiệm shore nhưng không phải nhất thiết cho tất cả các loại chất dẻo mềm nói trên
đều phải áp dụng thí nghiệm Shore để đo độ cứng. Người ta thực hiện thí nghiệm với đinh thép,
một đầu hình nón có hình dáng giống như cây viết chì tà đầu ( Shore A và C ) và Shore D có đầu
hình tròn giống như bút bi. Đinh thép ( Shore A, C và D ) sẽ được bắn vào vật thí nghiệm với một
lực lớn bằng lò xo. Chiều sâu tạo ra bởi đinh thép được đồng hồ ghi lại và trị số này được ghi lại
lần nữa trên bản đơn vị độ cứng Shore, được chia từ 0 ( = không có đối kháng, áp lực lớn nhất )
cho đến 100 ( = đối kháng rất cao, không có áp lực ). Dụng cụ thí nghiệm phải được sử dụng rất
cẩn thận, đôi khi không thực hiện được trong phòng thí nghiệm vật lý bình thường mà chỉ có thể
thực hiện trong những phòng thí nghiệm đặc biệt ( DIN 53505 ).









Thí nghiệm đo độ cứng theo Shore A, C và D ( DIN 53505 )

Ngoài ra thí nghiệm biểu hiện dấu ấn đối với tấm lót sàn nhà cũng có ý nghĩa đặc biệt. Qua đó có
thể so sánh được trọng tải khác nhau của đế giày và bàn ghế lên bề mặt của tấm lót sàn nhà. Theo
DIN 51955 người ta dùng một con dấu hình trụ có diện tích mặt tiếp giáp 10 mm³ tác động một
trọng tải 500 N trong thời gian 24 giờ lên bề mặt tấm nhựa thí nghiệm, sau đó lấy trọng tải ra khỏi
dụng cụ thí nghiệm và để tự do trong 24 giờ, rồi mới đo bề sâu dấu ấn. Theo tiêu chuẩn chất lượng
định trước, bề sâu dấu ấn chỉ được phép tối đa 0,2 mm. Đó là tiêu chuẩn cho độ cứng an toàn của

tấm lót sàn nhà bằng nhựa. Đây là thí nghiệm tiêu chuẩn trong thực tế.


Nhựa nhiệt dẻo
( Thermoplast )

Nhựa chịu nhiệt
( Duroplast )
kim loại
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

38

2.9 Trạng thái ứng nhiệt của chất dẻo
Là thuộc tính rất quan trọng luôn được nhắc đến trong quá trình khảo sát lý tính của các loại chất
dẻo khác nhau và trị số ảnh hưởng quan trọng nhất trong trạng thái này là nhiệt độ. Từ những kiến
thức về trạng thái ứng nhiệt của chất dẻo người ta nắm được chiếc chìa khoá của sự hiểu biết toàn
thể về chúng từ tổng quát cho đến những trường hợp cụ thể đặc biệt mà chất dẻo biểu hiện khi có
sự thay đổi của nhiệt độ trong gia công chế biến cũng như trong các ứng dụng của chúng. Xác định
được với nhiệt độ nào thì thích hợp hay không thích hợp, trong thời gian ngắn hay trong thời gian
dài cho ứng dụng của từng loại chất dẻo. Đối với các nhà thiết kế và ứng dụng, biểu hiện cơ nhiệt
là câu hỏi lý thú được đặt ra hàng đầu với những phương pháp xác định trị số nhiệt cũng như độ
dãn nhiệt và độ dẫn nhiệt cho từng loại chất dẻo để từ đó xác định được những ứng dụng cho tiến
trình chế biến các sản phẩm chất dẻo thích nghi. Đây là chủ đề luôn luôn có hiệu ứng. Kiến thức
về nhiệt độ chế biến ( gia công ) là kiến thức quan trọng nhất cho ứng dụng chế biến chất dẻo. Các
nhà thiết kế cơ khí, khuôn ấn cho vật dụng bằng chất dẻo cũng phải hiểu biết ở nhiệt độ nào sẽ có
những tác động khác nhau của nhiệt lên các cơ phận và cấu thể của chúng. Các nhà xây dựng
cũng cần biết đến hiệu ứng nhiệt của chất dẻo để ứng dụng cho các vật liệu xây cất cách nhiệt cũng
như phòng và chống cháy. Nói chung những quan tâm đến từ nhiều hướng ứng dụng và ngành
nghề phức tạp khác nhau nhưng tất cả đều có chung mục đích là làm sao xác định được trạng thái

biến đổi của chất dẻo đối với nhiệt độ.

2.9.1 Sự lệ thuộc của thuộc tính cơ học đối với nhiệt độ
Không nhất thiết các thí nghiệm cơ học đều phải được thực hiện với điều kiện nhiệt độ thông thường
23 °C, và chỉ cần điều kiện nhiệt độ thay đổi thì kết quả đo được qua thí nghiệm cơ học cũng không
còn chính xác nữa. Người ta có thể nói tổng quát về những ảnh hưởng hưởng của nhiệt độ đối với
chất dẻo như sau: Chúng sẽ trở nên rắn, cứng, dòn hơn khi nhiệt độ thấp dần và ngược lại sẽ mềm
hơn khi nhiệt độ tăng dần, có nghĩa là sự gia tăng nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến độ bền, độ cứng và độ
dai của chất dẻo. Ảnh hưởng của nhiệt dộ cho từng loại chất dẻo cũng khác nhau tùy theo điều kiện
vùng nhiệt độ. Ngoài ra chúng có những biểu hiện ở nhiệt độ thường tương tự như thép ở nhiệt độ
500 °C. Nhựa chịu nhiệt ( Duroplaste ) do cấu trúc phân tử đặc biệt nên có những biểu hiện thay đổi
không lớn với nhiệt độ khi so sánh với nhựa nhiệt dẻo ( Thermoplaste ), có nghĩa là nhựa chịu nhiệt
có sức chịu đựng nhiệt cao hơn nhựa nhiệt dẻo. Khi đối chiếu 2 biểu đồ hiệu ứng dãn đổi nhiệt độ
thay đổi trong khoảng 20 đến 200 °C của chất dẻo liên hợp Acryl-Nitril và PVC cứng cho ta thấy















Ranh giới khoảng cách của thí nghiệm kéo giãm dần với dự gia tăng của nhiệt độ, trong khi đó độ

dãn lớn dần. Đối với PVC cứng dạng đồ thị biến sang trạng thái cao su đàn hồi khi nhiệt độ bắt
đầu trên 75 °C. Vùng chuyển tiếp này thường thấy đối với các loại nhiệt cứng kết tinh từng phần
(trong khoảng 70 °C và 100 °C ). Thông thường thì đồ thị hiệu ứng dãn không diễn đạt mà chỉ có
đối với độ bền kéo hay độ bền nén cong trong điều kiện lệ thuộc nhiệt độ.
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

39

Trị số độ bền đo được của 5 loại nhựa nhiệt dẻo nói trên trong thí nghiệm đo độ bền kéo và nén
cong trong thời gian ngắn với nhiệt độ từ -60 °C đến +100 °C cho thấy độ bền kéo cũng như độ
bền nén cong sẽ giãm đi theo sự gia tăng của nhiệt độ, tuy nhiên sự thay đổi này cũng không đồng
bộ có nghĩa là trị số độ bền kéo và độ bền nén cong thay đổi khác nhau tùy theo mổi loại chất dẻo.
Đối chiếu bảng so sánh dưới đây cho ta thấy

Chất liệu Sự thay đổi của độ bền kéo Sự thay đổi của độ bền nén cong
PC khoảng 15 % khoảng 20 %
S-PVC khoảng 60 % khoảng 60 %
E-PVC khoảng 50 % khoảng 55 %
PMMA khoảng 40 % khoảng 35 %
PP khoảng 40 % khoảng 50 %

2.10 Thuộc tính nhiệt và cơ học của chất dẻo
Các thuộc tính kỷ thuật học của chất dẻo được xác định thông qua các yếu tố
a) Sự kết nối hóa học lại với nhau từ những nhóm đơn phân tử.
b) Cơ cấu sơ cấp của chuỗi phân tử
- Cấu trúc theo Liganden
- Đồng phân-đầu-đuôi
- Đồng phân nổi
- Đồng phân quay
- Phân nhánh
Độ bền kéo lệ thuộc vào

nhiệt độ của một vài loại
chất dẻo

Độ bền nén cong lệ
thuộc vào nhiệt độ của
một vài loại chất dẻo

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

40

- Hình thành khối
- Sự tiếp ghép
- Khối lượng phân tử
- Kết mạng
c) Cấu trúc thứ cấp của chuỗi phân tử
* Cấu trúc của nhựa nhiệt dẻo ( Thermoplaste )
- Cấu trúc bất định dạng hay ( amorphe Struktur )
- Cấu trúc kết tinh thể từng phần ( teilkristalline Struktur )
* Cấu trúc của nhựa đàn hồi và nhựa chịu nhiệt ( Elastomere và Duroplaste )
- Cấu trúc kết mạng

bất định dạng kết tinh thể từng phần kết mạng
nhựa nhiệt dẻo (Thermoplaste) nhựa chịu nhiệt (Duromere)

2.10.1 vùng trạng thái nhiệt của chất dẻo
Các vật liệu thông thường như kim loại, khoáng chất…đều có cấu trúc tinh thể nhất định và đồng
nhất nên các trạng thái rắn, lỏng, khí cùng các trạng thái ứng kháng nhiệt, cơ, hóa lý của chúng cũng
tương đối dể khảo sát và dể chuẩn định. Chất dẻo trái lại không có tính đồng nhất cho các cấu trúc
tinh thể trong chuỗi phân tử. Người ta có thể chuẩn định độ nóng chảy của sắt, thủy tinh hay nước,
nhưng với chất dẻo chỉ có thể chuẩn định được “vùng trạng thái“ rắn, mềm, dẻo, chảy
lỏng vv…Nói cách khác các chất phân tử thấp hiện diện dưới ba trạng thái kết tập, và lệ thuộc vào
nhiệt độ của chúng. Năng lượng nhiệt của chuỗi phân tử cao không đủ lớn để bứt rời chuỗi kết mạng
và làm bốc hơi những phân tử riêng rẽ: Trạng thái bốc hơi của chất dẻo không hiện diện ở nhiệt độ
phân hủy Tz (hay ZT). Sự lệ thuộc vào cấu trúc phân tử cho thấy những trạng thái khác nhau như
sau:
Tùy theo cấu trúc phân tử, nhựa được phân chia ra hai loại
♦ Nhựa nhiệt dẻo với cấu trúc bất định dạng (amorph) : có tính trong suốt như thủy tinh.
♦ Nhựa nhiệt dẻo với cấu trúc kết tinh thể từng phần ( teilkristalline ): Thuộc tính của chúng được
xác định thông qua tinh thể của kết nối phân tử.
Các chất tổng hợp kết mạng như nhựa đàn hồi (Elastomere), nhựa chịu nhiệt (Duromere) chỉ hiện
diện với trạng thái rắn.
Tính không đồng nhất của cấu trúc sơ cấp và cấu trúc thứ cấp của nhựa nhiệt dẻo có tác dụng đến
giai đoạn chuyển tiếp từ thể rắn sang thể lỏng không giống như những chất phân tử thấp tại một
điểm nhiệt độ (v/d điểm nóng chảy). Các phần thể rắn và thể lỏng cùng nhau tồn tại ở phần trên của
nhiệt độ làm mềm ET. Chất dẻo trở nên mềm ( plastisch) hay đàn hồi-nhờn (visko-elastisch) rất dể
làm thay đổi hình dạng (biến dạng dẻo bất định dạng). Bên trên vùng nhiệt độ-kết tinh KT của cấu
trúc kết tinh thể từng phần hay bên trên vùng nhiệt độ chảy FT của cấu trúc bất định dạng, chất dẻo
hiện diện với trạng thái lỏng-dai và quánh rất thích hợp cho các tiến trình ép, đúc và đúc phun . Ở
nhiệt độ cao hơn nữa sẽ dẫn đến sự phá vở kết nối nguyên tử trong phân tử và chất dẻo sẽ bị nhiệt

phân hủy

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

41

2.10.2 Vùng trạng thái nhiệt

ET = Vùng nhiệt độ đông đặc, nhiệt độ làm mềm hay nhiệt độ chuyển thể trong suốt (Tg)
FT = Vùng nhiệt độ nóng chảy (Tm)
KT = Vùng nhiệt độ nóng chảy tinh thể (Tm) của nhựa-nhiệt kết tinh từng phần.
ZT = Vùng nhiệt độ phân hủy.

Vùng trạng thái ứng nhiệt các chất thấp phân tử và cao phân tử.

Vùng trạng thái ứng nhiệt của các loại chất dẻo ứng nhiệt (v/d : PC, POM, PS, PVC)
















2.10.3 Vùng trạng thái ứng nhiệt và thuộc tính cơ học
Độ bền xé và độ dãn xé của chất dẻo được xác định bởi cấu trúc các phân tử hợp thành bên trong của
chính chúng. Vùng sử dụng tối ưu của chúng thông thường nằm trong vùng độ bền xé cao nhất
♦ Nhựa nhiệt dẻo cấu trúc bất định dạng: Trong vùng nhiệt độ làm mềm ET hay nhiệt độ chuyển thể
trong suốt Tg, có độ dãn xé nhỏ, dòn
♦ Nhựa nhiệt dẻo cấu trúc kết tinh thể từng phần: Thuộc vùng giữa nhiệt độ chuyển thể trong suốt
ET/Tg và nhiệt độ nóng chảy KT/Tm, có độ dãn xé cao, dai
♦ Nhựa chịu nhiệt: Thuộc vùng bên dưới của nhiệt độ phân hủy ZT.


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

42

2.10.4 Trạng thái nhiệt-cơ của nhựa nhiệt dẻo bất định dạng ( amorphe Thermoplaste )












Sơ đồ diễn tả tiến trình nhiệt độ của độ bền kéo và độ dãn trong vùng nhiệt độ từ -100 đến 300 °C

Sơ đồ độ bền lệ thuộc nhiệt độ của nhựa nhiệt dẻo cấu trúc bất định dạng cho thấy độ bền và độ dãn
của chúng nằm trong vùng nhiệt độ rất lớn từ khoảng -100 °C đến khoảng +300 °C. Ở nhiệt độ thấp
chúng có độ bền cao và độ dãn thấp, trị số này đo được thông qua các thí nghiệm đập với thanh thí
nghiệm có và không có rảnh. Ngoài ra ở nhiệt độ thấp nhiệt năng của phân tử rất thấp, các đơn
nguyên tử có thể co giãm ít trong trạng thái tĩnh. Sự chế ngự của các lực nối kết và năng lượng chấn
động đòi hỏi chỉ đạt được bên ngoài. Trong trường hợp này người ta gọi là biểu tượng đống băng của
các phân tử hay " trạng thái thủy tinh thể "
Khi nhiệt độ gia tăng, nhiệt năng cũng tăng theo, sự chấn động nguyên tử lớn dần cho đến khi đạt
được năng lượng cần thiết để làm giãm các lực kết nối giữa các chuỗi phân tử. Trong vùng nhiệt độ
dưới ảnh hưởng của các lực bên ngoài sẽ làm thay đổi vị trí các phân tử, kế đến làm thay đổi vị trí
cả cơ cấu chuỗi phân tử, người ta gọi là " nhiệt độ làm mềm " ( nếu diễn tả từ nhiệt độ cao xuống
đến nhiệt độ thấp thì gọi là " nhiệt độ đông đặc " hay " nhiệt độ thủy tinh thể " ). Tương ứng với
vùng nhiệt độ này còn gọi là " vùng hóa mềm „ hay " vùng đông cứng " . Thông thường được gọi
chung là " vùng chuyển tiếp ".

Trong vùng chuyển tiếp này, trong khoảng 50 °C, thuộc tính cơ học của những chất có cấu tạo đơn
phân tử đồng nhất như chất dẻo ứng nhiệt bất định dạng, sẽ thay đổi rất lớn đối với nhiệt độ, độ bền
giãm mạnh và độ dãn gia tăng, chúng có biểu tượng đàn hồi gần giống như cao su ( tổng hợp ).
Trong vùng nhiệt độ chuyển tiếp ( giữa ET và FT ) các chuổi phân tử sẽ bị kéo dài xa nhau ra, trườn
chồng lên nhau, trở nên đàn hồi nhờn. Đây còn gọi là vùng nhiệt độ gia công phụ, các thành phẫm
nhựa được làm cho biến dạng với các phương pháp, uốn cong , dập, cán mỏng, hút chân không vv
Những hình dạng trong trạng thái " nhiệt-đàn hồi " nói trên phải được làm nguội để trở lại vùng nhiệt
độ đông cứng để giữ hình dáng không thay đổi.
Khi nhiệt độ gia tăng vượt qua vùng nóng chảy FT, chất dẻo ứng nhiệt biến dạng sang thể lỏng
nhờn. Trong vùng nhiệt độ này nhiệt năng của các phân tử rất cao, những chấn động và sự chạm
nhau của các phân tử làm cho các lực nối giữa các chuỗi phân tử giãm dần cho đến lúc hoàn toàn bị
phá vở, nơi đây được gọi là vùng " nhiệt độ phân hủy ". Sự phân hủy cũng đồng nghĩa với sự giải
thể các phân tử thông thường không nhất thiết ở nhiệt độ cao trái lại cũng lệ thuộc vào sự tác dụng
lâu dài của nhiệt độ, do đó sự giải thể của các phân tử cũng có thể xãy ra ở nhiệt độ dưới " vùng
phân hủy ", và thành phẩm phân hủy sẽ gia tăng nhanh tiếp tục tiến trình phân hủy. Đây là trường
hợp của PVC và người ta phải dùng " chất xúc tác nhiệt " để làm chậm đi tiến trình phân hủy.






ET = vùng đông cứng
FT = vùng nóng chảy
FT = vùng nóng chảy
ZT = vùng phân hủy

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

43

2.10.5 Trạng thái nhiệt cơ của nhựa nhiệt dẻo có cấu trúc kết tinh thể từng phần (teilkristalline
Thermoplaste)













Sự khác biệt cơ bản trong cấu trúc của chất dẻo ứng nhiệt bất định dạng và kết tinh thể cho ta phân
biệt rất rõ thuộc tính nhiệt-cơ của chúng thông qua biểu đồ diễn tả độ bền, độ dãn với tiến trình
nhiệt độ. Polyolefine, Polyamid và Polyacetal là những hợp chất cao phân tử quan trọng đại điện
cho nhóm nhựa nhiệt dẻo cấu trúc kết tinh thể từng phần ( phân biệt với kết tinh toàn phần ). Ở
nhiệt độ thấp nhựa nhiệt kết tinh hiện diện dưới trạng thái đông cứng, dòn tương tự như đối với
chất dẻo ứng nhiệt bất định dạng. Khi nhiệt độ gia tăng, nhưng vẫn còn dưới 0 °C ( vùng đông đặc
), chất dẻo ứng nhiệt kết tinh vẫn còn giữ được độ bền và nhiệt độ chưa đủ sức làm mềm các vùng
kết tinh. Trong khi đó đối với nhựa nhiệt dẻo bất định dạng đã bắt đầu chịu tác dụng và độ bền
giãm nhanh. Hơn nữa những trị số sử dụng nằm dưới vùng đông đặc của nhựa nhiệt dẻo cấu trúc
bất định dạng lại chính là những trị số sử dụng nằm trên vùng đông đặc của nhựa nhiệt dẻo cấu
trúc kết tinh thể. Người ta không được phép nhầm lẫn ý nghĩa sự khác biệt của vùng đông đặc đối
với hai nhóm nhựa này. Nhựa nhiệt dẻo cấu trúc kết tinh thể từng phần chỉ bắt đầu biến sang thể
nhờn khi nhiệt độ tiến dần đến vùng nóng chảy tinh thể (KT).

2.10.6 Trạng thái nhiệt cơ của nhựa nhiệt dẻo và nhựa đàn hồi













Nhựa đàn hồi có cấu trúc kết mạng rời rạc và bất định dạng nhưng về cơ bản không giống như chất
dẻo ứng nhiệt bất định dạng ở vùng nhiệt độ chuyển tiếp ( vùng đông đặc ), ở trạng thái đàn hồi như
cao su, độ bền giãm dần khi nhiệt độ gia tăng, cho đến vùng nhiệt độ phân hủy. Đối với chất dẻo đàn
hồi không có sự hiện diện của trạng thái dẻo-nhiệt ( nhờn ). Ngay từ thời gian đầu đã có sự phân biệt
rất rõ giữa nhựa đàn hồi và nhựa nhiệt dẻo, mặc dù cả hai đều là hợp chất cao phân tử kết mạng đến
vùng nhiệt độ phân hủy. Được gọi là nhựa đàn hồi khi vùng nhiệt độ chuyển tiếp thủy tinh thể ( đối
với nhựa nhiệt dẻo cấu trúc bất định dạng ) nằm dưới 0 °C. Được gọi là nhựa nhiệt dẻo khi nhiệt độ
chuyển tiếp thủy tinh thể hay nhiệt độ nóng chảy nằm trên 0 °C.
ET = Vùng đông đặc
KT = Vùng chảy tinh thể
ZT = Vùng phân hủy
ET = Vùng đông đặc
ZT = Vùng phân hủy
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

44

Tính đàn hồi là hệ quả tiếp theo của những kết nối của chuổi phân tử. Khi một vật liệu đàn hồi ( v/d
cao su mềm ) ở trên vùng nhiệt độ đông đặc bị tác động bởi lực từ bên ngoài chuỗi phân tử kết nối sẽ
bị kéo giãn ra, từ đó tạo ra trạng thái hiệu ứng. Do cấu trúc kết nối của chuỗi phân tử không giống
như kết nối của nhựa nhiệt bất định dạng nên trạng thái hiệu ứng sẽ giãm dần. Hiệu thế bên trong vẫn
giữ nguyên cho đến khi lực tác động bên ngoài mất đi thì lực kết nối phứt tạp lại kéo chuỗi phân tử
trở về vị trí lúc ban đầu. Tính đàn hồi biểu hiện thuận nghịch, không có chảy nhờn và cũng không có
biểu hiện biến dạng

a)



b)




2.10.7 Trạng thái nhiệt cơ của nhựa chịu nhiệt ( Duroplaste )

Sơ đồ diễn tả sự lệ thuộc nhiệt độ của độ bền và độ dãn của nhựa chịu nhiệt
Các loại nhựa chịu nhiệt ( Phenolharze, Harnstoffharze và Melaninharze ), trước khi bắt đầu được
chế biến thành những thành phẩm ( v/d dạng khối ép hay dạng tấm ép có chất phụ gia như giấy hay
vải ), hiện diện dưới dạng mềm trước khi cho vào khuôn ép. Dưới tác dụng của „lực ép“ và „ nhiệt
năng“ nhựa (harze) nói trên bị chảy ra, đồng thời kết mạng lại với nhau theo phản ứng hoá học và
sau đó hoá cứng, song song với phản ứng kết mạng này người ta cũng cho thêm vào các chất phụ
gia để gia tăng độ cứng của hổn hợp. Sau khi hoá cứng, chúng có dạng cố định, tuỳ thuộc vào hình
dạng khuôn, các thành phẩm đến từ nhựa chịu nhiệt nói trên ( v/d Polyesterharz và Epoxydharz ) sẽ
giữ nguyên dạng của chúng trong suốt thời gian sử dụng và không có khả năng biến dạng mềm trở
lại như lúc khởi đầu. Tuy nhiên nhựa chịu nhiệt cũng có trạng thái thủy tinh thể trong vùng chuyển
tiếp, nhưng chỉ với ý nghĩa tồn tại và thông qua đo đạc của độ bền kéo và độ dãn không còn xác
định được nữa. Cả hai thuộc tính này luôn không thay đổi từ nhiệt độ thấp cho đến nhiệt độ trung
bình và chỉ bắt đầu thay đổi khi đạt đến nhiệt độ phân hủy. Như thế sẽ không có sự hiện diện của
vùng chuyển tiếp nhiệt trước vùng phân hủy. Đặc tính này hoàn toàn trái ngược lại với nhựa nhiệt
dẻo và nhựa đàn hồi. Mổi tác động cơ học nào từ bên ngoài đều được lực kết mạng tiếp thu; qua đó
khi nhiệt độ gia tăng, tạo khả năng dãn dài ra của mạng kết nối, thì các lực kết nối cũng gia tăng
theo thích ứng để giữ dạng cố định của mạng. Độ bền kéo của nhựa chịu nhiệt qua đó rất cao và độ
dãn cũng rất nhỏ. Với thuộc tính dãn nở rất ít trong mọi điều kiện nhiệt độ, nên nhựa chịu nhiệt
được hổn hợp với chất phụ gia để trở thành chất kết dính ( keo dán ).

Phác họa diễn tả thuộc tính cao su-đàn hồi

a) mạng phân tử ở trạng thái bình thường
b) mạng phân tử ở trạng thái bị kéo giãn ra

ZT = Vùng phân hủy
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

45


























Lưu suất đẩy lệ thuộc nhiệt độ của nhựa Lưu suất đẩy lệ thuộc nhiệt độ của
nhiệt dẻo bất định dạng và nhựa nhiệt kết tinh nhựa nhiệt kết tinh từng phần

Ảnh hưởng của nồng độ kết mạng đối với thuộc Ảnh hưởng của chất làm mềm đối với
tính cơ nhiệt của nhựa chịu nhiệt ( v/d nhựa PF ) thuộc tính cơ-nhiệt của E-PVC

2.10.8 Sự lệ thuộc vào nhiệt độ của lưu suất đẩy và sự giảm dần chấn động.
Mổi loại chất liệu cao phân tử đều có riêng những thuộc tính như lưu suất đẩy ( và lưu suất đàn hồi ),
những trị số của lưu suất này lệ thuộc vào yếu tố nhiệt độ. Đây cũng là thuộc tính cơ-nhiệt quan trọng
của các vật liệu, và được xác định bởi DIN 7724 E đối với các chất liệu cao phân tử.



biểu đồ lưu suất đẩy lệ thuộc
nhiệt độ của nhựa chịu nhiệt và
nhựa đàn hồi
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

46

Đối với lưu suất đẩy và sự giảm chấn động không được đề cập đến trị số thuộc tính kỹ thuật học mà
dược thông qua trị số thuộc tính vật lý học. Vì thế không thể xác định những trị số thuộc tính của
chúng thông qua những phương pháp máy móc hay những vật thí nghiệp nhất định được. DIN
53445 là một trong những phương pháp được đề nghị có lợi thế với vật thí nghiệm tương đối nhỏ
(bề dày 1 mm, ngang 10 mm, dài 60 mm ), và một vật thí nghiệm vừa đủ để đo được với tất cả biến
số nhiệt độ. Đặc biệt thích hợp cho thí nghiệm với lực tác động nhỏ ( trọng tải < 10 N/ mm² ).
Vật thí nghiệm được kẹp vào hai đầu trên và dưới, nối liền vào máy đo chấn động, khi lực tác
động vào thanh cản tạo ra chấn động xoắn trên thanh thí nghiệm truyền qua bánh quay ( khối
lượng chấn động ) và gương phản chiếu ghi lại chấn động qua tia sáng, được tạo ra từ nguồn sáng.
Sự ghi lại này có thề là tần số và sự giãm dần của chấn động, từ đó tính được lưu suất đẩy (G ) và
hệ số giảm dần ( Λ ) hay hệ số giảm cơ học ( d ). Lưu suất đẩy là một trị số đo độ cứng của vật liệ,
hệ số giảm dần Λ là sự mất dần nội lực được biểu hiện qua biên độ chấn động. Tần số thay đổi lệ
thuộc vào nhiệt độ trong khoảng từ 0,1 Hz đến 20 Hz, qua đó tần số cao đối với vật thí nghiệm
cứng ( nhiệt độ thấp, trạng thái thuỷ tinh thể ), tần số thấp đối với vật thí nghiệm mềm (nhiệt độ
cao, trạng thái đàn hồi cao-su). Từ đồ thị nhiệt độ của lưu suất đẩy và của chấn động giảm dần có
thể giải thích được vùng trạng thái và vùng chuyển tiếp. Trị số lưu suất cao và sự giảm ít tượng

trưng cho trạng thái đông đặc, sự lệ thuộc rất lớn vào nhiệt độ của trị số lưu suất xuất hiện trong
vùng chuyển tiếp.

2.10.9 Sự bền dáng đối với nhiệt ( không thay đổi hình thể dưới tác dụng của nhiệt )
Phương pháp thí nghiệm
DIN 53458 Thí nghiệm xác định khả năng chịu nhiệt của các loại chất dẻo.
DIN 53462 Dụng cụ thí nghiệm xác định khả năng chịu nhiệt theo Martens
DIN 53461 Xác định khả năng chịu nhiệt theo ISO/R 75
DIN 53460 Xác định của nhiệt độ làm mềm Vicat đối với chất dẻo không thể hóc cứng.
Vật thí nghiệm ( bằng chất dẻo ) với cấu trúc hình thể nhất định khi chịu tác dụng của nhiệt độ nhất
định sẽ phát sinh ứng kháng. Tính ứng kháng này lệ thuộc vào hình thể, cấu trúc khác nhau của mổi
loại chất dẻo. Trị số bền nhiệt cũng tùy thuộc vào các dụng cụ thí nghiệm và chỉ có giá trị cho điều
kiện thí nghiệm nhất định.

2.10.10 Phương pháp Marten
Phương pháp Marten đã được áp dụng trên 40 năm để các định khả năng chịu nhiệt của nhựa cứng.
Thanh chuẩn định có kích thước 120 x 15 x 10 ( mm ). Được đặt thẳng đứng giữa hai đầu kẹp, nối
liền với thanh kim loại có chiều dài 240 mm. Một quả cân được gắn trên thanh kim loại có thể di
chuyển dọc theo chiều dài của nó.( tương tự như nguyên tắc của cái cân tạ ).


Thí nghiệm chấn động xoắn theo
DIN 53445
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

47

Dụng cụ thí nghiệm xác định tính bền nhiệt theo Marten












Thí nghiệm xác định tính bền nhiệt của nhựa: a) theo Marten ( DIN 53462 )
b) theo ISO R 75 ( DIN 53461 )
c) theo Vicat ( DIN 53460 )

Vật thí nghiệm được đặt thẳng đứng dựa vào hai đầu trên và dưới, quả cân được di chuyển trên
thanh kim loại tạo ra 4 điểm tác động ( GG,GH, hai điểm trên và dưới vật thí nghiệm ), với hiệu
ứng nén cong 5 N/ mm². Tất cả dụng cụ và vật thí nghiệm được cho vào tủ nhiệt, nơi đây nhiệt độ

được gia tăng khoảng 50 °C mổi giờ. Trong thời gian chịu tác động gia tăng nhiệt độ vật thí
nghiệm sẽ bị hoá mềm và cong dần bởi trọng tải của quả cân, và thanh kim loại cũng nghiêng dần
xuống. Thí nghiệm hoàn toàn chấm dứt khi thanh kim loại chạm mức giới hạn của khoảng cách 6
mm, ngay trong thời điểm này nhiệt độ trong tủ nhiệt được ghi nhận để xác định khả năng chịu
nhiệt của chất liệu đang thí nghiệm hay nói cách khác là xác định nhiệt độ Marten. Phương pháp
Marten là một điển hình của “ thí nghiệm một điểm “, có nghĩa là qua thí nghiệm Marten người ta
chỉ xác định được một điểm trong biểu đồ lưu suất đàn hồi lệ thuộc nhiệt độ-thời gian, và hoàn
toàn không để ý đến trị số lưu suất đàn hồi của chất liệu thí nghiệm trong điều kiện khác nhiệt độ
và thời gian thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm cũng không xác định biểu hiện cong của vật thí
nghiệm do tác dụng của nhiệt, thuộc trạng thái đàn hồi (elastisch) hay trạng thái nhờn (Viskose ),
hay là cả hai.
Đối với nhà thiết kế các mẩu mả, vật dụng bằng nhựa điều cần yếu chính là những trị số tác dụng
của nhiệt độ đối với lưu suất đàn hồi hay lưu suất đẩy được ghi lại bởi đồ thị của bảng kê khai
thuộc tính chất liệu chứ không phải chỉ với những giới hạn do trị số nhiệt độ Marten mang lại.
Một thí nghiệm khác tương tự như thí nghiệm nhiệt độ Marten được gọi với tên Heat Distortion
Temperature theo ASTM D 648 hay ISO R 75. Khi du nhập vào Đức được chuyển hóa theo DIN
63461. Vật thí nghiệm có hình dáng thanh nhỏ, không được để đứng như trong thí nghiệm Marten,
trái lại nó được đặt nằm ngang theo tư thế như trong thí nghiệm xác định độ bền nén cong trên 2
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de

48

điểm tựa ở hai đầu., điểm giữa thanh chịu trọng tải 1, 85 N/ mm² ( phương pháp A) hay 0,4 N/
mm² (phương pháp B). Độ bền nến cong trong thí nghiệm này nhỏ hơn so với thí nghiệm Marten.
Do đó nếu ứng dụng với nhựa nhiệt cũng thích hợp hơn thí nghiệp với phương pháp Marten. Vật
thí nghiệm chịu nén cùng với dụng cụ được cho vào bồn chất lỏng, nơi đây nhiệt độ được tăng dần
120 °C mổi giờ ( Nhiệt trong bồn chứa chất lỏng cho thấy sự chuyền nhiệt tốt hơn so với thí
nghiệm Marten, vì vận tốc tăng nhiệt lớn dần không làm tổn hại đến sự tăng nhiệt dần điều của vật
thí nghiệm ). Thí nghiệm chấm dứt khi vật thí nghiệm, với bề dầy được xác định, đạt được dạng ấn
cong nhất định, và nhiệt độ của chất lỏng được ghi lại ngay trong thời điểm này được gọi là nhiệt

độ-ISO. Trị số đo được của nhiệt độ Marten và nhiệt độ-ISO không nhất thiết phải giống nhau đối
với vật thí nghiệm có cùng chất liệu và kích thước hình dáng. Ngoài ra một phương pháp khác
được ứng dụng để đo độ bền chịu nhiệt cho vật liệu nhựa được gọi là phương pháp Vicat. Theo
phương pháp này vật thí nghiệm chịu trọng tải từ 1 đến 50 N của một cây kim hình trụ với diện
tích mặt cắt ngang 1 mm², có thể đưuợc cho vào tủ nhiệt độ hay bồn chứa chất lỏng và nhiệt độ
tăng dần 50 °C mổi giờ để làm mềm vật thí nghiệm. Thí nghiệm chấm dứt khi cây kim lún sâu 1
mm vào vật thí nghiệm, ngay trong thời gian này nhiệt độ của tủ nhiệt hay chất lỏng trong bồn
được ghi lại gọi là điểm hóa mềm Vicat VSP/A hay VSP/B gay còn gọi nhiệt độ Vicat.

2.10.11 Biểu hiện đối với nhiệt độ trong thời gian dài.
“ Tính bền nhiệt “ và “ khả năng bền dáng đối với nhiệt “ hoàn toàn có ý nghĩa khác nhau. Khái
niệm “ tính bền nhiệt “ có liên hệ với tác dụng của nhiệt trong thời gian dài. Trái lại khi nói đến “
tính bền nhiệt của thuộc tính cơ học “ không được hiểu với ý nghĩa “tính bền nhiệt “ nói trên vì
biểu hiện ứng nhiệt của chất liệu chỉ xãy ra trong thời gian ngắn và yếu tố thời gian không quan
trọng. Khái niệm “ tính bền “ đi đôi với xếu tố thời gian để làm rõ ý nghĩa “biểu hiện ứng nhiệt
trong thời gian dài “. Hai trường hợp khảo sát được phân biệt ở đây a) cơ ứng cùng lúc với tác
động cơ và nhiệt ( đã được nói đến trong phần “ biểu hiện với thời gian dài “, b) tính bền của trị số
thuộc tính đối với sự lão hóa nhiệt.

2.11 Tính bền của trị số cơ học trong trường hợp lão hóa nhiệt.
Khi một chất liệu được đánh giá những biểu hiện đối với tác dụng của nhiệt, nhất là trong lãnh vực
chất dẻo, chỉ có ý nghĩa giới hạn đối với thời gian ngắn. Sự nâng cấp chỉ có thể khi thời gian tác
động được kéo dài ra. Độ bền ứng nhiệt của chất dẻo ứng nhiệt ( Thermoplast ) được khảo sát
trong khoảng 60 °C đến 120 °C. Rất ít chất dẻo ứng nhiệt vượt qua nhiệt độ giới hạng 120 °C này.
Đối với chất dẻo chịu nhiệt ( Duroplast ) không có vùng hóa mềm và đạt đến vùng nhiệt độ phân
hủy trong khoảng từ 150 °C đến 250 °C. Điều kiện môi trường như độ ẩm cũng như điều kiện cải
biến với chất phụ gia hay chất làm mềm cũng ảnh hưởng đến vùng nhiệt độ hoá mềm, độ bền giãm
đi hay độ dòn gia tăng của chất liệu. Đối với thí nghiệm trong thời gian dài cần lưu ý đến ba yếu tố
: a) Tác dụng thực sự của nhiệt b) Tác động cơ học và c) Thời gian tác dụng nhiệt trong suốt quá
trình thí nghiệm. Thông qua thí nghiệm theo DIN 53446 người ta có thể diễn tả một cách tương

đối những biểu hiện của chất dẻo đối với “ xác định giới hạn nhiệt độ-thời gian “. Giới hạn nhiệt
độ-thời gian được hiểu là nhiệt độ cao nhất trong suốt thời gian thí nghiệm tác động lên chất liệu
nhựa ( hoàn toàn không chịu những tác động phụ thuộc khác ). Thông qua thí nghiệm này người ta
chỉ xác định tương đối tính chịu nhiệt của chất dẻo, và dĩ nhiên trên thực tế cho mổi trường hợp
ứng dụng khác nhau, trị số chịu nhiệt này cũng thay đổi theo. Sau đây là bảng kê khai nhiệt độ giiớ
hạn của một vài loại chất dẻo điển hình.







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

49

Vùng nhiệt độ giới hạn của một vài loại nhựa điển hình theo DIN 53446

Thí nghiệm theo DIN 53446 cần phải có một tủ nhiệt lớn để chứa những vật liệu thí nghiệm, và nhiệt
độ được chia ra nhiều ngăn có nhiệt độ khác nhau. Thông thường tủ nhiệt gồm có 3 đến 5 ngăn với
nhiệt độ được chia ra cho mổi ngăn từ 25 °C đến 250°C. Thời gian thí nghiệm được định trước bằng
đồng hồ đo v/d 1,2,3,4,8,16,38 ngày hay nhiều tuần. Sau khi đạt được thời gian định trước, vật thí
nghiệm được lấy ra khỏi tủ nhiệt và tiếp tục khảo sát với các thí nghiệm khác như kéo hay nén
cong vv… để khảo sát những biểu hiện biến đổi của vật liệu lệ thuộc vào lão hóa bởi nhiệt và thời
gian. Dưới đây là thí dụ của Phenol với chất Asbest ( chịu nhiệt cao ) phụ gia được tồn trữ trong tủ
nhiệt với nhiệt độ và thời gian khác nhau, sau đó được xác định độ bền nén cong .














Độ bền nén cong của phenol phụ gia với Asbest sau thời gian lưu trữ trong tủ nhiệt

Người ta khảo sát kế đến thời gian lưu trữ lâu nhất có thể được và ghi lại đồ thị với thí nghiệm độ bền
nén cong trên biểu đồ giới hạn-nhiệt độ-thời gian. Thí dụ dưới đây là biểu đồ giới hạn-nhiệt độ-thời
gian của nhựa phenol với sợi Asbest phụ gia, độ bền nén cong 50 N/mm², thời gian tồn trữ trong tủ
nhiệt 25000 giờ, môi trường nhiệt độ tăng dần khoảng 130 °C sau đó.




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

50

2.12 Sự phân định ranh giới vùng trạng thái của chất dẻo.
Chuơng cuối cùng của bài giới thiệu này tổng kết lại những gì đã trình bày về những thuộc tính cơ
học và vật lý của nhựa lệ thuộc vào vùng nhiệt độ, trạng thái ứng kháng và thời gian.
1. Ở trạng thái đông lạnh tất cả các chất liệu cao phân tử ( chất dẻo, nhựa ) biểu hiện trạng thái
cứng-đàn hồi tương tự như trạng thái đàn hồi của kim loại. Trị số lưu suất đẩy nằm trong khoảng
10³ đến 10^4 N/ mm². Khả năng biến dạng có tính thuận nghịch (đàn hồi ) cho đến giới hạn 1%.
2. Nhiệt độ gia tăng làm cho chuổi phân tử chuyển động. Thuộc tính cơ học thay đổi theo nhiệt đô,
lưu suất đẩy giảm dần tiến đến biểu hiện giảm thấp nhất khi đạt đến nhiệt độ cao nhất định. Vùng
chuyển tiếp thủy tinh thể (chảy lỏng ) này không xác định được chính xác, nó lệ thuộc theo cấu tạo
khác nhau của mỗi loại chất dẻo. Nó có thể nằm trong vùng nhiệt độ bình thường ( 23 °C ), đối với
những chất có trạng thái cứng-dai ở nhiệt độ bình thường hay đàn hồi-dai ( nhờn ). Nó cũng có thể ở
trong vùng nhiệt độ trên bình thường,đối với những chất đàn hồi-cứng ở nhiệt độ trên bìnhthường.
3. Các loại nhựa kết tinh từng phần có khả năng chịu nhiệt cao nên vẫn còn ở tạng thái đàn hồi-
cứng ở vùng thủy tinh thể của nhựa bất định dạng. Tùy theo nồng độ kết tinh khác nhau của mổi
chất mà lưu suất đẩy sẽ giảm dần từ 10^4 đến 10³ N/mm² trong vùng nhiệt độ giữa nhiệt độ thủy
tinh và điểm chảy tinh thể. Trên vùng chảy tinh thể nhựa kết tinh hiện diện dưới trạng thái chảy lỏng
và nhờn.
4. Những loại chất dẻo có cấu trúc kết mạng tương đối yếu như cao su tổng hợp, chất dẻo đàn hồi
có trạng thái đàn hồi ở vùng nhiệt độ xử dụng bình thường ( 23 °C ). Lưu suất đẩy nằm trong vùng
này có trị số thông thường từ 0,1 đến 10² N/mm² và giữ trạng thái này cho đến khi đạt đến nhiệt độ
phân hủy; Hiện tượng biến dạng đàn hồi thuận nghịch có thể đạt được 100 %.
5. Được gọi với tên “Nhựa nhiệt dẻo cấu trúc kết tinh thể từng phần “ là những loại chất dẻo có cấu
trúc hoá học không thật sự bền hay cấu trúc kết mạng không đủ mạnh ( v/d Acrylglas ), có trạng thái
đàn hồi cứng ở nhiệt độ xử dụng bình thường và biến sang trạng thái đàn hồi mềm ở nhiệt độ cao,
nhưng nó không có trạng thái dẻo có thể chảy được.
6. Nhựa nhiệt dẻo cấu trúc bất định dạng có vùng chuyển tiếp thủy tinh thể ở vị trí cao hơn nhiệt
độ xử dụng bình thường, và trị số lưu suất đẩy giảm dần từ 10^4 đến 10³ N/mm², có trạng thái
đàn hồi-cứng ở nhiệt độ xử dụng bình thường. Trị số độ bền sẽ giảm dần khi nhiệt độ gia tăng.
Khi nhiệt độ vượt lên trên vùng nhiệt độ chuyển tiếp thuỷ tinh thể nhựa nhiệt-bất định dạng sẽ

biến sang thể gần như đàn hồi mềm, và hoàn toàn chảy lỏng khi đạt được nhiệt độ nhất định.
PDF wurde mit pdfFactory-Prüfversion erstellt. www.context-gmbh.de