cac trang thai vat ly polymer

CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ CỦA
POLYMER
1.

Trạng thái vật lý (tập hợp) & trạng thái pha

2.

Sự chuyển pha

3.

Đường cong cơ nhiệt

4.

Trạng thái thủy tinh hóa

5.

Trạng thái đàn hồi cao

6.

Trạng thái chảy nhớt


1. Trạng thái vật lý (tập hợp) & trạng
thái pha
1.1 Trạng thái vật lý (tập hợp):

Trạng thái khí
Trạng thái lỏng
Trạng thái rắn

Khác nhau về đặc trưng
chuyển động và mật độ của
các phân tử hoặc nguyên tử.


1. Trạng thái vật lý (tập hợp) & trạng
thái pha
1.1 Trạng thái vật lý (tập hợp):
• Trạng thái khí:
Năng lượng chuyển động nhiệt của các phân tử >> năng lượng tác dụng tương hỗ giữa chúng
sự chuyển động hổn loạn của các phân tử (tịnh tiến, quay và dao động), mật độ phân tử bé, không có hình dạng riêng và dễ
thay đổi thể tích khi nhiệt độ thay đổi.


1. Trạng thái vật lý (tập hợp) & trạng
thái pha
1.1 Trạng thái vật lý (tập hợp):

•

Trạng thái lỏng:

+ Trạng thái trung gian giữa trạng thái khí và trạng thái rắn.
+ Lực hút tương hỗ giữa các phân tử ~ năng lượng chuyển động nhiệt của chúng.
có hình dạng riêng, nhưng dưới tác dụng của ngoại lực nó dễ dàng thay đổi hình
dạng.Thể tích hầu như không đổi dưới tác dụng của ngoại lực.

1. Trạng thái vật lý (tập hợp) & trạng
thái pha
1.1 Trạng thái vật lý (tập hợp):
• Trạng thái rắn:
+ Mật độ phân tử cao, các phân tử không thay đổi vị trí và chuyển động quay nhưng có sự dao
-13 -14
động xung quanh vị trí cân bằng (10 -10
dao động/giây) => khó thay đổi hình dạng.
+ Sự khác biệt về độ linh động của phân tử dẫn đến sự khác nhau về cơ chế khuếch tán.


1. Trạng thái vật lý (tập hợp) & trạng
thái pha
1.2 Trạng thái pha:
Có 2 quan điểm về pha:

•

Nhiệt động học: Pha là một phần đồng nhất của hệ thống được tách riêng với các phần khác
nhờ bề mặt phân chia giữa chúng và khác nhau về tính chất nhiệt động.

•

Cấu trúc các pha khác nhau là do cách sắp xếp của các phân tử .
+ Pha tinh thể
+ Pha vô định hình

2. Sự chuyển pha:
Có 2 loại chuyển pha: loại 1 và loại 2

•

Loại 1: có những thay đổi nhảy vọt những tính chất nhiệt động học và đặc trưng bằng ẩn
nhiệt của sự chuyển pha. VD: nóng chảy, kết tinh, ngưng tụ, bay hơi.

•

Loại 2: không có sự thay đổi nhảy vọt mà các tính chất nhiệt động học thay đổi từ từ,
không có ẩn nhiệt của sự chuyển pha. Sự chuyển pha này thường có ở những vật kết tinh
bao gồm cả những quá trình thay đổi tính đối xứng của tinh thể.


3. Đường cong cơ nhiệt:
3.1 Đường cong cơ nhiệt nhựa nhiệt dẻo:

Độ
biến
dạng

III

I

(TTCN)

II

(TTTT)

(TTMC)

Tg
Tg: nhiệt độ thủy tinh hóa
Tph: nhiệt độ phân hủy

Tc

Tph

T, 0C

Tc: nhiệt độ chảy nhớt


3. Đường cong cơ nhiệt:
3.1 Đường cong cơ nhiệt nhựa nhiệt dẻo:
Ý nghĩa ĐCCNNND:

•

Dựa vào ĐCCN, xác định được các nhiệt độ chuyển trạng thái và các trạng thái của nó

•

Xác định được vùng gia công vật liệu từ nhiệt độ nóng chảy => phân hủy

•

Sử dụng vật liệu hợp lý => nâng cao tuổi thọ vật liệu


3. Đường cong cơ nhiệt:
3.1 Đường cong cơ nhiệt nhựa nhiệt dẻo:
•
Ảnh hưởng của trọng lượng phân tử đến nhiệt độ chảy Tc

Biến
dạng

M3 M4 M5
M1

M2
M1
Nhiệt độ,0C


3. Đường cong cơ nhiệt:
3.1 Đường cong cơ nhiệt nhựa nhiệt dẻo:
• Ảnh hưởng của độ đa phân tán và độ có cực của Polymer đến Tc

Biến
dạng

T

3. Đường cong cơ nhiệt:
3.2 Đường cong cơ nhiệt nhựa nhiệt rắn:
Biến
dạng

CN

(2)
TT

(1)

MC
MC
MC

TT

TT

TT

T


3. Đường cong cơ nhiệt:
•

Ý nghĩa ĐCCNNNR:

+ Xác định được các nhiệt độ chuyển trạng thái và đặc trưng các trạng thái của nó
+ Xác định nhiệt độ thủy tinh hóa trước và sau phản ứng=>gia công vật liệu
+ Xác định nhiệt độ bắt đầu đóng rắn và kết thúc đóng rắn
+ Nếu cố định được nhiệt độ đóng rắn=> xác định được thời gian bắt đầu pứ đóng rắn=>tốc
độ đóng rắn


4. Trạng thái thủy tinh hóa:
4.1 Đặc tính Polymer thủy tinh hóa:

•

Ở trạng thái mềm cao của polymer, các mắc xích có độ linh động lớn nên dễ thay đổi
hình thái sắp xếp của dãy. Nếu làm lạnh nhanh polymer => thời gian hồi phục của các
mắc xích tăng => sự thay đổi hình thái sắp xếp của mạch & quá trình kết tinh của
polymer gặp khó khăn.

•

Ở trong một phạm vi nhiệt nào đó polymer bị cứng lại mà không hình thành mạng lưới
tinh thể => polymer hoá thuỷ tinh.


4. Trạng thái thủy tinh hóa:
4.1 Đặc tính Polymer thủy tinh hóa:
• Ở trạng thái thủy tinh Polymer có một số đặc tính sau:
+ Đẳng nhớt
+ Đẳng entropy cấu dạng
+ Đẳng thể tích tự do

4. Trạng thái thủy tinh hóa:
4.2 Cơ chế thủy tinh hóa:

•

Quá trình thuỷ tinh hoá không phải là quá trình chuyển pha

•

Khả năng thuỷ tinh hoá phụ thuộc rất nhiều vào lực tác dụng tương hỗ giữa các mạch
(không hoặc ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ) & năng lượng chuyển động của mắc xích( nhiệt
độ giảm=> giảm).

•

T thấp => năng lượng chuyển động không đủ để thắng được lực tác động tương hỗ giữa các
mạch => độ nhớt thường tăng và chuyển động nhiệt giảm (mạch tăng độ cứng).


4. Trạng thái thủy tinh hóa:
4.2 Cơ chế thủy tinh hóa:

•

Lực tác động tương hỗ của những mạch gần > mạch xa.

•

Khi lực tác dụng tương hỗ >> mạng lưới cục bộ, dễ hình thành nhưng cũng dễ mất đi.

•

Do hình thành mật độ liên kết vật lý => độ linh động của mắc xích giảm, nên khi có
mặt số lượng nhỏ, polymer vẫn trở nên cứng. Như vậy khi ta làm lạnh thì dễ ổn định
cấu trúc vật liệu.


4. Trạng thái thủy tinh hóa:
4.3 Các phương pháp xác định nhiệt độ thủy tinh hóa:

•

Đo thể tích riêng

•

Đo nhiệt dung

•

Đo môđun đàn hồi

•

Đo biến dạng


5. Trạng thái mềm cao (đàn hồi):

5.1 Khái niệm:

•

Là một trạng thái vật lý đặc biệt chỉ có ở polymer và được đặc trưng bởi khả năng thay
đổi và hồi phục hình dạng lớn dưới tác dụng của một lực nhỏ. Biến dạng thuận nghịch
như vậy gọi là biến dạng mềm cao.

•

Do quá trình hồi phục của polymer trong trạng thái này chậm nên trạng thái mềm cao
là trạng thái không cân bằng.


5. Trạng thái mềm cao (đàn hồi):
5.2 Điều kiện để xuất hiện biến dạng mềm cao:

•

Mạch polymer phải có độ mềm dẻo nhất định,vận tốc biến dạng lớn có giá trị thích
ứng. Quá trình phục hồi của polymer xảy ra rất chậm nên trong thực tế người ta coi
trạng thái mềm cao là một trạng thái không cân bằng và phụ thuộc vào nhiệt độ

•

Ở nhiệt độ cao khả năng phục hồi của nó càng nhanh,thời gian phục hồi bé do chuyển
động nhiệt của các mạch lớn.


5. Trạng thái mềm cao (đàn hồi):

5.2 Điều kiện để xuất hiện biến dạng mềm cao:

•

Ở nhiệt độ cao hơn thì thời gian đạt cân bằng mềm cao nhỏ,tốc độ đạt biến dạng mềm
cao lớn và ngược lại.

•

Trạng thái mềm cao hay biến dạng mềm cao chỉ xuất hiện trong một khoảng nhiệt độ
nhất định người ta gọi là khoảng nhiệt độ mềm cao.


6. Trạng thái chảy nhớt:
6.1 Khái niệm:

•

Chảy là quá trình chuyển dịch không thuận nghịch của các phân tử của 1 chất tương ứng
với nhau dưới tác dụng của ngoại lực.Trong chất hình thành lực ma sát nội chống lại sự
chuyển dịch đó.

⇒ Sự chảy chỉ xảy ra khi ngoại lực tác dụng nó phải thắng được lực tương hỗ giữa các phần tử
và nội lực chống lại sự chuyển dời của các phần tử.
•

Bản chất của lực nội ma sát khác nhau trong các pha khác nhau và trong các trạng thái vật
lý khác nhau

6. Trạng thái chảy nhớt:
6.2 Đặc điểm chảy của Polymer:

•

Polymer dưới tác dụng của ngoại lực nếu xuất hiện biến dạng bất thuận nghịch không
đổi theo thời gian thì sự chảy đã xảy ra và gọi là sự chảy thực.

•

Độ chảy càng lớn => M càng thấp, nhiệt độ càng cao, lực tác dụng càng lớn và lượng
chất hoá dẻo đưa vào càng nhiều.


6. Trạng thái chảy nhớt:
6.2 Đặc điểm chảy của Polymer:

•

Khi Polymer chảy có 2 khái niệm về đại lượng biến dạng:

+ Biến dạng bất thuận nghịch: là biến dạng do sự chảy thực.
+ Biến dạng biểu kiến còn lại: biến dạng bất thuận nghịch và biến dạng mềm cao xảy ra
trong 2 quá trình chảy.


6. Trạng thái chảy nhớt:
6.2 Đặc điểm chảy của Polymer:

•

Trong quá trình chảy số mạch phân tử bị định hướng càng ngày càng tăng => biến
dạng mềm cao càng tăng và sự định hướng này làm cho độ nhớt của hệ phát triển =>
tính lưu động của hệ giảm

•

Do đặc trưng hồi phục của biến dạng mềm cao nên khi gia công phải chú ý hạn chế sự
phát triển của biến dạng mềm cao và tăng tốc độ hồi phục của quá trình.