Đề tài 11 trình bày độ bền cơ học của polymer

Đề tài:Trình bày độ bền cơ học của Polymer
GVHD: Th.S Cao Văn Dư
Nhóm 12:
Phạm Xuân Tùng Hoàng Thị Cẩm Vân
Nguyễn Thị Bích Tuyền Nguyễn Hoàng Thảo Viên
Lại Văn Vinh.
Lớp: 08CH112

Nội dung chính:
I. Khái niệm độ bền cơ học
II. Phân loại độ bền cơ học
III. Các thông số cơ bản của độ bền
IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền cơ học của Polymer.
I.Khái niệm về độ bền cơ học
*Độ bền là khả năng của vật liệu chống lại sự phá huỷ của lực cơ học, được đặt
trưng bởi ứng suất tại đó mẫu bị phá huỷ gọi là ứng suất phá huỷ hay ứng suất kéo.
Đơn vị Kg/cm
2
hoặc Kg/mm
2

*Độ bền giới hạn ứng với ứng suất tại đó mẫu bị phá huỷ (σmax), đối với polymer
rắn giá trị này từ 500 ÷1000 kg/cm
2

Như vậy có thể coi σmax là giá trị lý thuyết σlt của độ bền cơ học :
σmax=σlt=bD/2.
D: năng lượng phân ly tìm theo năng lượng đốt cháy
b: hằng số từ các dữ liệu quang học
II. Phân loại độ bền cơ học
• Độ bền kéo.

• Độ bền uốn,độ bền nén.
• Độ bền va đập.
• Độ bền kết dính.
• Độ cứng.
• Độ bền mài mòn.
• Độ bền nhiệt và độ kháng ẩm.
• Độ căng bề mặt….
• Độ bền mỏi
• Độ bền uốn là ứng suất thấp nhất làm biến dạng vĩnh viễn cho một vật liệu
xem xét.
• Độ bền nén là giới hạn ứng suất nén làm vật liệu bị biến dạng hay phá huỷ.
• Độ bền kéo là giới hạn lớn nhất của ứng suất kéo làm đứt vật liệu xem xét.
• Độ bền mỏi là số đo độ bền của vật liệu hoặc thành phần chịu tải trọng có
chu kỳ, và chúng thường khó xác định hơn sơ với các độ bền có tải trọng
tĩnh. Độ bền mỏi được xem như là cường độ ứng suất hoặc phạm vi ứng suất,
thông thường với ứng suất trung bình 'số không' thì phù hợp với số chu kỳ
phá huỷ vật liệu.
• Độ bền va đập là khả năng chịu đựng của vật liệu khi chịu các tải trọng va
đập đột ngột.
III. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA ĐỘ BỀN
Độ bền của cùng một loại polymer có thể khác nhau tùy thuộc vào trạng thái mà
polymer tồn tại.
Điều kiện hình thành cấu trúc ngoại vi có ảnh hưởng rất lớn đến độ bền của
polymer.
Những trạng thái khác nhau của polymer quyết định các quy luật phá hủy cơ học
của polymer.
Do đó khi xét những quy luật phá hủy của polymer cần xác định trạng thái của
polymer.
Xong cũng có những quy luật chung đối với tất cả các trạng thái và mối liên quan
giữa độ bền và điều kiện phá hủy .

Để hiểu các quy luật chung và riêng về vấn đề phá hủy polymer thì cần hiểu các
thông số về độ bền
Đối với polymer độ bền cơ học chỉ xuất hiện tại một giá trị trọng lượng phân tử xác
định nào đó.Khi tăng độ trùng hợp thì lúc đầu độ bền tăng và sau đó đạt giá trị
không đổi tại n ~ 600
1. Độ bền của polymer mạnh nhất
2. Độ bền của polymer yếu nhất
Vậy độ bền của polymer phụ thuộc vào thời gian tác dụng
1. Độ bền của polymer mạnh nhất
2. Độ bền của polymer yếu nhất
Vậy độ bền phụ thuộc vào thời gian tác dụng
Sự phụ thuộc của độ bền vào thời gian dưới tác dụng của tải trọng tĩnh gọi là sự
mỏi tĩnh. Dưới tác dụng của tải trọng động gọi là sự mỏi động. Cả hai khái niệm
này được gọi chung là độ bền lâu
Khoảng thời gian từ lúc bắt đầu tác dụng lực đến khi mẫu bị phá huỷ gọi là độ
bền lâu của vật liệu
Sự phụ thuộc này được biểu diễn bằng đồ thị như sau( các dường này cắt nhau tại
một điểm)
Giá trị Uo của một số polymer
Uo , Kcal/mol
Polyvinylclorua 35
Tơ viscozơ 40
Tơ Capron 45
Polyacrylonitrin 48
Polypropylen 56
Ứng suất:
• Đại lượng biểu thị nội lực phát sinh trong vật thể biến dạng do biến dạng của
các nguyên nhân bên ngoài như tải trọng,sự thay đổi nhiệt độ.

Các loại ứng suất:
PỨng suất kéo
P Ứng suất nén
P Ứng suất cắt
P Áp lực
IV.Những yếu tố ảnh hưởng đến độ bền cơ học của Polymer
* Ảnh hưởng của sự định hướng.
* Ảnh hưởng của kích thước và hình dạng cấu trúc trên phân tử.
* Ảnh hưởng của mật độ liên kết ngang.
* Ảnh hưởng của chất độn.
1. Ảnh hưởng đến sự định hướng:
Một trong những phương pháp thông dụng làm thay đổi cấu trúc vật liệu
polymer để tăng độ bền là kéo nó trong quá trình gia công. Điều này sẽ làm định
hướng mạch và cấu trúc siêu phân tử. Nếu polymer là vật vô định hình với cấu
trúc điều hoà trong mạch phân tử thì có thể được kết tinh.
-Vậy tính chất cơ bản của polymer định hướng là bất đẳng hướng. Điều này do
sự định hướng của các dãy gây ra. Sự bất định hướng này xuất hiện trong quá
trình gia công bằng phương pháp cán tráng
Định hướng polymer thuỷ tinh làm mở rộng khoảng nhiệt độ mển cao bắt buộc
Độ bền định hướng của polymer có thể xảy ra trong khi biến dạng. Đó là đối với
các polymer trong trạng thái đàn hồi bị kéo căng. Độ bền của những polymer
này chủ yếu do khả năng kết dính của chúng
Đối với những polymer có năng lượng kết bó cao thì sự định hướng năng lượng
này tăng rất nhiều. Những polymer này có mật độ kết bó dày đặc. Do vậy nên
các nguyên liệu cho sản xuất sợi có độ bền cao thường là các polymer có độ
mềm dẻo rất cao và năng lượng kết bó lớn như PP. Nhưng polymer này sau khi
định hướng sẽ có độ bền rất cao có thể tương đương độ bền một số loại
thép.Trong khi tỷ trọng của PP chỉ bằng1/8 của thép, nên độ bền tính theo một
đơn vị khối lượng thì độ bền của PP có thể cao gấp 4 lần thép.
Sự định hướng của polymer không chỉ làm duỗi thẳng các mạch phân tử

mà còn gây ra sự sắp xếp lại trong cấu trúc siêu phân tử
2. Ảnh hưởng của kích thước và hình dạng cấu trúc trên phân tử
+ Kích thước và hình dạng của cấu trúc trên phân tử có ảnh hưởng rất lớn
đến tính chất cơ học của Polymer.
+ Các polymer có các tinh thể hình cầu (pherulites) nhỏ sẽ bền hơn các
polymer có các splerulites lớn hơn, do sự phá hủy và nứt xảy ra trên bề mặt phân
chia của các sphrulites.
+ Khi nghiên cứu polyeste đi từ acid isophthalic và phenolphthalein 2 loại
cấu trúc dạng cầu và dạng sợi thì người ta nhận thấy độ bền va dập của mẫu có
cấu trúc dạng sợi từ 6÷10 Kg/cm
2
,trong khi đó độ bền va đập của mẫu có cấu
trúc dạng cầu chỉ 2 ÷3 Kg/cm
2
4. Ảnh hưởng của chất độn:
Có 2 loại : chất độn hoạt hoá và chất độn không hoạt hoá. Chất độn hoạt
hoá làm tăng tính bền cơ học của polymer, còn chất độn không hoạt hoá thì
ngược lại.
Khi cho thêm chất độn vào tạo nên lực kết dính giữa các phân tử polyme và
lực bám dính giữa chất độn và polymer. Ở những chỗ có chất độn tạo nên những
nốt giữa các mạch với nhau và tăng thêm sự tham gia của các lực hoá trị trong
quá trình phân huỷ mẫu.
Tác dụng của chất độn còn thể hiện ở khả năng làm tăng cường tính bền do
làm cho sự phân tán ứng suất ở các vùng nứt rạn, sự phục hồi ứng suất và phân
bố lại ứng suất cho một số lớn trung tâm làm tăng vết rạn. Các vết rạn đang phát
triển vì có tiểu phân chất độn mà ngừng phát triển.
Độn còn được dùng trong sản xuất polymer. Hỗn hợp polymer với chất độn rắn
dạng sợi có độ bền cao gọi là Reinforced polymer( chất dẻo gia cường)
(compozit). Sợi có thể là sợi thuỷ tinh hoặc sợi cacbon.Chúng được gọi là chất
gia cường còn polymer gọi là chất kết dính. Chúng có nhiệm vụ giữ các sợi với

nhau và truyền ứng suất tới các sợi.Chất kết dính thường là các Oligomer có độ
nhớt thấp có thể tạo thành các mạng lưới nhờ các phản ứng trùng hợp hoặc trùng
ngưng
Hệ thống gia cường có hai tính chất bền và tính chất dàn hồi. Độ bền của nhựa
gia cường phụ thuộc vào sự sắp xếp của các sợi và môđun đàn hồi của chất kết
dính
Yếu tố quan trọng trong sản xuất chất dẻo gia cường là sự tương tác và bám dính
giữa các chất kết dính và sợi. Sợi phải thấm ướt tốt bởi nhựa. Muốn vậy phải xử
lý sợi. Bên cạnh đó trong quá trình gia công chất dẻo gia cường và các sản phẩm
polymer khác còn xuất hiện hiện tượng co ngót. Sự co ngót này làm méo mó
hình dạng của sản phẩm và làm tăng ứng suất nội, ảnh hưởng đến tính chất cơ
học. Do vậy để sản xuất các sản phẩm có chất lượng cao cần phải chọn chất kết
dính có độ co ngót thấp.