Đề tài polymer các QUY LUẬT BIẾN DẠNG của POLYMER

Trường: ĐH Lạc Hồng
Khoa: CN HÓA - TP
•
Đề tài polymer:
CÁC QUY LUẬT BIẾN DẠNG CỦA POLYMER
GVHD: ths.Cao Văn Dư
Thành Viên Nhóm
2. Trương Thị Mỹ Hoài
3. Nguyễn Thị Hoài
4. Nguyễn Kiều Minh Khôi
08CH1
08CH1
1. Hoàng Viết Hùng
Mục Lục
I: Tổng quan về polymer
II: Biến dạng polymer
1. Giới thiệu chung
2. Biến dạng dẻo và chảy nhớt
3. Biến dạng đàn hồi cao
III: Sự hồi phục
1. Hiện tượng hồi phục
2.Các dạng hồi phục
3. Hiện tượng trễ
IV: kết luận
I:Tổng quan về polymer
•
Polymer là gì: Là những chất mà phân tử của chúng
gồm những nhóm nguyên tử được nối với nhau bằng
những liên kết hóa học tạo thành những mạch dài và
có khối lượng phân tử lớn. Trong mạch chính của
polymer những nhóm nguyên tử này được lặp đi lặp

lại và gọi là các mắt xích. Các phân tử tương tự nhưng
có khối lượng thấp hơn được gọi là các oligome.
•
Polymer được sử dụng phổ biến trong thực tế với tên
gọi là Nhựa, nhưng polymer bao gồm 2 lớp chính là
polymer thiên nhiên và polymer nhân tạo. Các
polymer hữu cơ như protein (ví dụ như tóc, da, và một
phần của xương) và axít nucleic đóng vai trò chủ yếu
trong quá trình tổng hợp polymer hữu cơ. Có rất
nhiều dạng polyme thiên nhiên tồn tại chẳng hạn
xenlulo (thành phần chính của gỗ và giấy).

II: Biến dạng polymer
1. Giới thiệu chung
•
Khi có lực ngoài tác dụng vào vật thể và nó bị thay đổi
hình dạng gọi là sự biến dạng. Biến dạng chia làm hai
loại: biến dạng thuận nghịch và biến dạng không thuận
nghịch.
•
Biến dạng thuận nghịch xảy ra ở những phân tử
polymer đã biến dạng và sẽ hồi phục lại sau khi ngừng
lực tác dụng của ngoại lực. Những polymer loại này là
những polymer đàn hồi và gọi là biến dạng đàn hồi.
•
Biến dạng không thuận nghịch xảy ra ở những polymer
bị biến dạng vẫn giữ nguyên hình dạng đã biến dang sau
khi ngừng tác dụng của ngoại lực. Những polymer này là
chất dẻo và sự biến dạng này gọi là sự biến dạng dẻo.
•

Polymer là vật thể có tính đàn hồi và dẻo. khi polymer
chịu tác dụng của ngoại lực thì chỉ có một phần đàn hồi
trở về trạng thái ban đầu và một phần bị biến dạng.
•
Để đặc trưng cho sự đàn hồi. Người ta dùng môđun
đàn hồi. (E)
Môđun đàn hồi: là hằng số đặc trưng cho độ bền
của vật liệu (ứng).
σ : ứng suất ( kG/cm2 hoặc MP/cm2 )
F : lực tác dụng ( N )
A : tiết diện
•
Bản chất của sự đàn hồi của polymer là duỗi thẳng
những đoạn mạch gấp khúc và sẽ trở lại trạng thái
ban đầu khi ngừng tác dụng lực.
.
2. SỰ BIẾN DẠNG DẺO VÀ CHẢY NHỚT.
Sự chảy của chất lỏng là trường hợp đặc
biệt của sự biến dạng dư, tăng liên tục khi
tác dụng một ứng suất tiếp tuyến không đổi
ở polymer, thường quan sát được sự biến
dạng này ở trạng thái chảy lớp mỏng, trong
đó chất lỏng chuyển chỗ theo hướng song
song của hai chất lỏng không trộn lẫn vào
nhau.
Chẳng hạn, khi cho
chất lỏng chảy qua
một lỗ nhỏ hay một
ống mỏng, các lớp
chất lỏng chảy với tốc

độ khác nhau, trong
lớp chất lỏng trực tiếp
tiếp xúc với thành bình
hay miệng lỗ nhỏ sẽ
không linh động bằng
các lớp chất lỏng ở xa
hơn.
Sự phụ thuộc tốc độ lớp chất
lỏng vào khoảng cách y
Theo nhđị luật Newton dùng cho chất lỏng nhớt lý đ
tưởng, tốc độ chảy của lớp chất lỏng bằng:

v =
Với: F_ là giá trò lực tiếp tuyến tác dụng vào lớp
chất lỏng chuyển động
y _ là khoảng cách từ lớp chất lỏng đứng yên
A _ là bề mặt tiếp xúc của lớp

η
_ là hệ số ma sát nội
Giá trò
η
phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và bản chất
chất lỏng.
•

η
1
A
F

y
•
Đặt giá trò ∆v là sự khác nhau về tốc độ của các
lớp
∆y là khoảng cách giữa các lớp
•
Vào phương trình Newton, sẽ được:
∆v = ∆y hay =
•
Dạng vi phân của phương trình ở giá trò ∆v và ∆y
nhỏ vô hạn sẽ là:
=

•
dv/ dy là gradien tốc độ, về bản chất là tốc độ biến
dạng của chất lỏng, nó tỷ lệ thuận với ứng su
a
át
trượt và tỷ lệ nghòch với độ nhớt của chất lỏng.
η
σ
tr
y
v
∆
∆
η
σ
tr
dy

dv
η
σ
tr
Sự phụ thuộc gradien tốc độ vào ứng suất
Sự phụ thuộc gradien tốc độ vào σ là tuyến tính với dộ
nghiêng bằng 1/η cho thấy sự chảy bắt đầu với giá trò ứng
suất nhỏ. Sự thiết lập cân bằng của sự chảy của chất lỏng
Newton phụ thuộc vào tốc độ chảy và ứng suất, còn chất
lỏng không Newton phụ thuộc vào ứng suất và độ biến
dạng.
chất lỏng Newton
chất lỏng không Newton
Đối với vật thể dẻo hay đàn hồi nhớt có khả năng
chảy giống như chất lỏng, nhưng sự chảy chỉ bắt đầu sau
khi đạt được một ứng suất trượt giới hạn f nào đó. û giá Ở
trò thấp hơn giá trò f, quan sát được giữa độ biến dạng và
ứng suất đặc trưng cho chất đàn hồi. Đối với vật thể dẻo
lý tưởng, sự phụ thuộc gradien tốc độ vào ứng suất biểu
thò vào phương trình:
= (σ
tr
– f )
Đối với đa số chất dẻo sự phụ thuộc này giống như chất
lỏng không Newton:
S ph thu c gradien t c ự ụ ộ ố đ độ vào ng suứ ất đối với chất dẻo
η
1
dy
dv

dy
dv
σ
dy
dv
σ
tg = 1/
η
n<1
n>1
Giá trò f càng nhỏ, vật thể càng dẻo hay
càng mềm. Ngược lại, giá trò f càng lớn vật thể
càng dẻo càng giống vật thể rắn thường. Giá
trò thực nghiệm f dao động trong giới hạn rộng
vì thế không thể thiết lập được giới hạn rõ
ràng giữa chất lỏng nhớt và vật thể chảy nhớt
hay dẻo.
Vật thể dẻo lý tưởng Vật thể dẻo không lý tưởng
3. SỰ BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI CAO
Xét sự thay đổi ứng suất khi kéo
giãn mẫu polymer giống cao su
- Ở vùng I độ biến dạng của vật
liệu nhỏ tương ứng với ứng suất
nhỏ, sự biến dạng ở giai đoạn
này tuân theo đònh luật Hook.
- ở vùng II, sự biến dạng lớn lại
tương ứng với sự thay đổi ứng suất
nhỏ, sự biến dạng ở đây gọi là sự
biến dạng đàn hồi cao.
- ở vùng III, sự thay đổi độ biến dạng nhỏ lai tương ứng với

sự thay đổi ứng suất lớn, có nghóa là tương ứng với sự thay
đổi cấu trúc của vật liệu.
Đặc điểm:
- Biến dạng rất lớn chỉ với một ứng suất nhỏ.
- Khi biến dạng vật thể không làm thay đổi thể tích, có
nghóa là khoảng cách trung bình giữa các phân tử không
thay đổi, độ lớn nội năng không thay đổi.
- Cần có thời gian để phát triển.
- Chỉ xuất hiện trong một khoảng nhiệt độ nhất đònh,
gọi là khoảng nhiệt độ mềm cao.
Nguyên nhân:
trạng thái cân bằng, mạch uốn dẻo ở dạng gấp
khúc. Nếu có lực tác dụng, mạch duỗi ra, sự chuyển động
của các mắt xích sẽ chống lại lực tác dụng bên ngoài. Song
lực này không lớn nên khi có ứng suất không lớn, mạch
duỗi ra, nghóa là thay đổi cấu dạng nên có thể kéo dài mẫu
rất lớn. Nếu khi cất lực tác dụng, mạch hồi phục lại chiều
dài ban đầu, gấp khúc trở lại, do đó sự biến dạng đàn hồi
cao mang tính chất thuận nghòch
III:Sự hồi phục
1. Hiện tượng hồi phục
•
Hiện tượng hồi phục là 1 đặc tính quan trọng của sự
BDĐHC
•
BDĐHC: Là biến dạng lớn tương ứng với ứng suất
nhỏ, bản chất là sự duỗi thẳng các mạch dài gấp khúc
dưới tác dụng ngoại lực và sẽ trở về trạng thái ban
đầu sau khi thôi tác dụng lực.

Cân bằng Không cân bằng
•
Hiện tượng hồi phục là một quá trình chuyển từ trạng
thái không cân bằng về trạng thái cân bằng theo thời
gian.
•
Khi tác dụng một lực làm cho vật thể biến dạng và khi
ngừng tác dụng vật thể từ từ trở về trạng thái ban đầu
(có thể quan sát được) gọi là hồi phục.
Vậy:
HTHP là quá trình biến đổi theo thời gian của
Polymer từ trạng thái không cân bằng đến trạng thái cân
bằng
2. Các dạng hồi phục:
•
*.Hồi phục biến dạng :
Giả sử tác dụng lên mẫu một ứng suất không thay đổi (lực
kéo) và nhỏ hơn nhiều so với ứng suất phá hủy thì mẫu đó
sẽ dài từ từ ra đến một lúc nào đó thì không dài thêm được
nữa.
Ứng
suất
Thời gian
Thời gian
Biến
dạng
•
Độ biến dạng trên một đơn vò chiều dài(biến dạng
tương đối) không đổi theo thời gian được g i là ọ
biến dạng đàn h i cao cân bằngồ . Kí hiệu là:

•

•
ln l n h n b t k bi n d ng nào trong kho ng ớ ơ ấ ỳ ế ạ ả
th i gian bi n d ng (ờ ế ạ )
•
Khi chưa đạt đến biến dạng mềm cao cân bằng thì mẫu
polymer có hiện tượng hồi phục gọi là hồi phục biến
dạng.
,dh
ε
∞
,dh
ε
∞
, ,dh dh t
ε ε
∞
>
*. Hồi phục ứng suất :
Giả sử tác dụng lên
mẫu polymer một ứng
suất làm cho mẫu bò
biến dạng . Muốn
biến dạng không
đổi thì giảm ứng suất tác
dụng theo thời gian.
1
σ

1
ε
1
ε
Hồi phục ứng suất:
Nếu giữ chặt được mẫu đã biến dạng ở ứng suất σ sau
thời gian t nào đó, độ biến dạng ở thời gian t ( ε
đh,t
< ε
đh,∞
)
và ứng suất tương ứng σ
t
< σ , vì thế khi giữ mẫu đã biến
dạng, ứng suất giảm khi đạt cân bằng từ σ đến σ
t
. quá trình
giảm ứng suất đến giá trò cân bằng goiï là sự hồi phục ứng
suất.
Nguyên nhân: là do khi kéo nhanh các mạch phân tử
không kòp duỗi thẳng ra và chuyển động tương đối với nhau
dưới tác dụng của ngoại lực. Sau một thời gian nào đó, các
phân tử mới có đủ thời gian để sắp xếp lại thành trạng thái
ổn đònh hơn ( cân bằng) thì ứng suất mới để giữ biến dạng
như cũ sẽ giảm đi.
Nếu vận tốc tác dụng lực càng nhanh thì ứng suất để gây
ra cùng một độ biến dạng sẽ càng lớn.
*. Quá trình hồi phục & cấu trúc Polymer:
•
Trong một Polymer có nhiều dạng cấu trúc trên phân

tử khác nhau và độ linh động của các cấu trúc này
cũng khác nhau . Do đó trong một mẫu Polymer sẽ tồn
tại nhiều quá trình hồi phục khác nhau xảy ra cùng
một lúc với thời gian hồi phục khác nhau. Do thời gian
hồi phục của Polymer lớn nên thực tế Polymer không
nằm trong trạng thái cb.
•

Chính điều này gây ra sự biến đổi tính chất của Polymer
theo thời gian theo xu hướng trở về trạng thái cân bằng.
Vì vậy trong quá trình gia công Polymer phải chú ý đến
đặc trưng hồi phục này để tránh các hiện tượng nứt, vỡ,
kích thước không phù hợp.

3. Hiện tượng trể:
Khái niệm:
Hiện tượng trể là một quá trình
không hồi phục hoàn toàn của vật
thể khi chịu tác động của cùng một
ứng suất khi tăng và giảm ứng suất
tác động lên mẫu.
Nếu tác dụng lên mẫu Polymer một lực và lực
này tăng từ từ sao cho tại mỗi thời điểm trong
mẫu Polymer luôn có sự cân bằng. Đường tải
trọng trong TH này là đường 1.
ε
σ
1
2
3

du
ε
c i m c a hi n Đặ Đ ể ủ ệ
t ng h i ph c - trễ:ượ ồ ụ
Khi tăng dần ứng suất
lên mẫu, sự phụ thuộc
biến dạng theo ứng suất
biểu diển ở đường cong
số 1. khi cất dần lực thì
phụ thuộc biến dạng
theo ứng suất
Biểu diễn ở đường cong số 2. Hai đường biến dạng không
trùng nhau gọi là vòng trễ.
Thực nghiệm cho thấy ở cùng một ứng suất, độ lớn biến
dạng tăng khi có ứng suất nhỏ hơn độ lớn biến dạng khi
giảm ứng suất và sau khi cất lực hoàn toàn độ biến dạng
không về vò trí cũ ban đầu, mẫu không về trạng thái ban đầu
gọi là biến dạng dư.
Các yếu tố ảnh hưởng tới hiện tượng trễ:
Tốc độ tác dụng lực: Trong những hệ, nếu bỏ qua sự
chảy nhớt thì mức độ dư, hình dạng và diện tích vòng trễ
phụ thuộc vào tỷ lệ tốc độ đặt lực và tốc độ biến dạng.
- Tốc độ đặt và cất lực càng chậm hơn so với tốc độ
biến dạng thì hai giá trò ε’ và ε” sẽ càng gần nhau.
- Nếu tăng và giảm lực nhanh, khi thời gian cho sự
phát triển đàn hồi nhỏ, giá trò biến dạng nhỏ, polymer có thể
xem như vật liệu cứng.
Như vậy: khi tốc độ thay đổi ứng suất lớn cũng như nhỏ, các
nhánh đường cong trễ tương đối ở gần nhau, diện tích vòng
không lớn.