Bài giảng vật liệu phi kim đại học bách khoa hà nội

.c
om
ng
co
an
th
ng
du
o

Bộ môn Cơ học vật liệu

cu

u

Trường Đại học Bách khoa Hà nội

CuuDuongThanCong.com

/>

co

ng

.c
om

Tài liệu mà bạn đang sử dụng được download tại website :
www.share99.net

du
o

ng

th

an

Tài liệu vật liệu chất dẻo & Composite được giảng dạy tại đại học Bách Khoa
Hà Nội dành cho sinh viên khối ngành cơ khí – Được chia sẻ dưới định dạng
PDF để đảm bảo hạn chế tối đa chỉnh sửa và gây sai sót khơng mong muốn so
với ý đồ của tác giả.

u

Tài liệu được cung cấp bởi thành viên của website !

cu

Bạn có thể xem thêm một số tài liệu, giáo trình cho sinh viên cơ khí tại link sau :

Cơ khí chế tạo máy - cơ điện tử

CuuDuongThanCong.com

/>

Liên kết kim loại – phi kim

KIM LOẠI

CERAMIC

ng

.c
om

Liên kết kim loại – kim loại

co

Liên kết phi kim – phi kim

ng

th

an

POLYMER

2. Nhựa nhiệt dẻo

4. Cao su

Chất dẻo

Polymer

cu

u

3. Nhựa nhiệt rắn

du
o

1. Tổng quan

5. Composite

Nhựa

6. Phương pháp gia công
CuuDuongThanCong.com

/>

th

an

co

ng

.c
om

Polymer là hợp chất hữu cơ được hình thành do sự liên kết hoá học bền vững
giữa các đơn vị polymer với cấu trúc phân tử hoàn toàn giống nhau. Các đơn vị
này nối với nhau thành một chuỗi dài (mạch) chứa hàng ngàn đơn vị nên phân tử
polymer được gọi là cao phân tử

C

CH2

du
o

…

ng

CH3
CH

CH2

C

CH2

u

CH2

CH3

CH3
CH

…

C
CH2

CH

cu

NR

CH3

…

CH2

C = CH

CH2

…
n

CuuDuongThanCong.com

n: Độ trùng hợp trung bình
~ số mắt xích trung bình trên một
mạch polymer
/>

TÍNH CHẤT CHUNG CỦA POLYMER

.c
om

• Polymer nhẹ ( = 0,8 – 2,2 g/cm3)
• Polymer là vật liệu mềm dẻo (E nhỏ)

ng

• Polymer có khả năng thấu quang tốt

co

• Polymer dễ bị thẩm thấu (bởi các chất khí)

th

an

• Polymer dẫn nhiệt kém (Độ dẫn nhiệt 4,2.10-2 – 4,2.10-1 W/m.K
 kém kim loại 3 lần)

du
o

ng

• Polymer dẫn điện kém (Điện trở suất 1010 – 1018 cm
 kém kim loại 2.1022 lần)

u

• Polymer bền với hố chất

cu

• Polymer có khả năng tái sử dụng cao (tái sinh, chất đốt)
• Polymer có nhiệt độ gia cơng thấp (250 – 400 0C)
• Polymer được gia công bằng nhiều phương pháp (đùn, đúc phun, thổi, ép…)

CuuDuongThanCong.com

/>

PHỤ GIA TRONG POLYMER

.c
om

• Chất độn trơ: Giảm giá thành sản phẩm…bột đá, đá phấn, đất sét, cao lanh
• Chất gia cường: Tăng tính chất cơ-lý…sợi thuỷ tinh, bột kim loại

ng

• Chất hố dẻo: Làm mềm sản phẩm, tăng khả năng gia cơng…DOP, dầu cơng
nghiệp

co

• Chất ổn định: Chống lại ảnh hưởng tiêu cực của nhiệt độ, ánh sáng, môi trường…

th

an

• Chất tạo màu: Tạo màu sắc cho sản phẩm…Ơxit kim loại, bột màu hữu cơ

ng

• Chất tạo xốp: Tạo ra vật liệu xốp…Chất tạo xốp vật lý (nhờ nhiệt độ), chất tạo xốp
hố học (nhờ phản ứng)

cu

u

du
o

• Chất chống cháy: Cản trở khả năng cháy của sản phẩm…Hợp chất Clo, Brom

• Chất khâu mạch nhựa nhiệt dẻo
• Chất lưu hố cao su
• Chất đóng rắn nhựa nhiệt rắn

CuuDuongThanCong.com

/>

PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP POLYMER
Trùng hợp

Trùng ngưng

Phản ứng chuỗi

Phản ứng theo bậc

Thời gian để tạo ra một mạch
cao phân tử

Nhanh

Lâu

Sự phụ thuộc vào phản ứng
trước

Có

co

ng

.c
om

Cơ chế tạo mạch

Cần thiết

Khơng cần thiết

Có chứa nối đơi

Chứa nhóm hoạt
tính ở 2 đầu

Số nhóm hoạt tính trong một
monomer

1

2

Số loại monomer trong một
đơn vị polymer

1

2

Khơng

Có

Mạch dài

Mạch ngắn

Có

Khơng có

an

Sử dụng chất khơi mào

Khơng

Sản phẩm phụ

cu

u

du
o

ng

th

u cầu đối với monomer

Đặc trưng của mạch polymer
Mạch nhánh
CuuDuongThanCong.com

/>

radical

Nối đôi

Monome

.c
om

Phn ng
trựng hp

an

co

ng

Khởi động

ng

th

Phát triển

cu

u

du
o

Ngắt mạch

n. CH2

CH

Polyme hoá

CH2

CH
n

CH3
CuuDuongThanCong.com

CH3

/>
PP


Nhúm hot tớnh
trong vt liu hu c
Tên gọi

C=C

Alken

COH

co

H
NH

ng

th

an

Amin

Axit

du

o

O
COH

Keton

O
CH

Aldehyt

cu

u

O
C

CuuDuongThanCong.com

Tên gọi

O
COC

Este

O H
CN

Amid

O
CC

Epoxy

COC

Eter

N=C=O

Isocyanat

ng

Rợu

Nhóm chức

.c
om

Nhóm chức

Vòng thơm

/>

Phản ứng
trùng ngưng

Phenol
Formaldehyde

OH

CH2

H

H

CH2

O

H

H

O

H

ng

CH2

an

OH
CH2

CH2 OH
H

th

OH

OH

OH

OH

OH

OH

ng

H

OH

OH

co

O

OH

OH

.c
om

Formaldehyde

CH2

du
o

OH

OH

u

+3

OH

cu

CH2

OH

OH
OH

OH

OH

CH2

OH

OH

CH2

CH2

OH
+ 3 H2O

PF
CuuDuongThanCong.com

/>
OH

.c
om

Phản ứng
trùng phối

N=C
=

=

co

O

C=N

an

O

OH

HO

O

O

H

N C O

O C N

u

O

cu

O

N=C
=

=

C=N

du
= o

H

=

ng

th

=

N=C

=

C=N

ng

Di-Alcohole

Di-Isocyanate

O

O
PU

CuuDuongThanCong.com

/>

PHÂN LOẠI POLYMER

.c
om

• Phân loại theo nguồn gốc
- Polymer tự nhiên: cao su thiên nhiên, cellulose
- Polymer tổng hợp: PP, PVC, cao su SBR, nhựa Epoxy

th

an

co

ng

• Phân loại theo giá trị sử dụng
- Polymer phổ thông: PP, PE, PS, PVC
- Polymer kỹ thuật: PA, PC, POM
- Polymer bền nhiệt: PEEK, PES, PTFE, PI
- Polymer đặc chủng: cao su nhiệt dẻo, polymer phân huỷ sinh học

cu

u

du
o

ng

• Phân loại theo thành phần hoá học
- (Homo)polymer: PP, PS, PA, PI

- Copolymer: ABS, SBR, SBS, EPR
- Polymerblend: PP/PA, PPO/PS, PC/ABS, PS/SBS
- Polymercomposite: nền (PP, UP, Epoxy) + cốt (sợi, hạt, lai tạo)
• Phân loại theo cấu trúc mạch
- Mạch thẳng (+ Mạch nhánh): PP, PE, PMMA, PTFE
- Mạng lưới thưa: cao su thiên nhiên (đã lưu hố)
- Mạng lưới dày: nhựa Epoxy (đã đóng rắn)
CuuDuongThanCong.com

/>

ng

th

an

co

ng

.c
om

POLYMER

du
o

Nhựa nhiệt dẻo

- Dễ nóng chảy

cu

u

- Có thể hồ tan
trong dung mơi
- Dễ gia cơng
- Dễ tái sinh

CuuDuongThanCong.com

Cao su

- Khó nóng chảy
- Chỉ trương nở
trong dung mơi
- Khó gia cơng
- Khó tái sinh

Nhựa nhiệt rắn
- Khơng nóng chảy
- Khơng trương nở trong
dung mơi
- Khơng gia cơng được
- Khơng có khả năng tái
sinh

/>

.c
om
ng
co
an
th
ng
du
o
u
cu
CuuDuongThanCong.com

/>

- Vơ định hình: các mạch cao phân tử sắp xếp khơng có trật tự

a)

.c
om

- Bán tinh thể: các mạch cao phân tử sắp xếp theo một trật tự nhất định

e)

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

c)

d)
g)

b)

CuuDuongThanCong.com

/>

H

H

H

n.C

C

C

C

H

H

H

H

.c
om

H

an

2 -6 nguyên tử C

- mạch thẳng
- 4 đến 10 mạch nhánh ngắn
trên 1000 nguyên tử C

- mạch nhánh dài

cu

u

PE-LD

du
o

ng

th

PE-HD

co

ng

n

> 10 nguyên tử C
- mạch thẳng
- 10 đến 35 mạch nhánh ngắn
trên 1000 nguyên tử C

PE-LLD

CuuDuongThanCong.com

/>

PE-LD

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

PE-HD

Cấu trúc đại tinh thể trong polyethylene - TEM
CuuDuongThanCong.com

/>

PE-LD

0,1 m

0,1 m

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

.c
om

PE-HD

Cấu trúc tinh thể trong polyethylene - TEM

CuuDuongThanCong.com

/>

Tính chất chung của PE

.c
om

 Nhẹ, mềm dẻo, biến dạng tốt
 Cách điện rất tốt

ng

 Rất ít hấp thụ nước, dễ bị thẩm thấu khí

co

 Khi tỷ trọng PE tăng, độ bền hố chất tăng

cu

u

du
o

ng

th

an

 Nhiệt độ gia cơng thấp, dễ nhuộm màu

CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om
ng
co
an
th
ng
du
o
u
cu
CuuDuongThanCong.com

/>

Ứng dụng chính
 Vỏ bọc cáp điện (PE-LD)

.c
om

 Bạt phủ ngoài trời, màng co, túi mua hàng, chai lọ thực phẩm…

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

 Ống nước, ống dẫn khí (PE-HD)

CuuDuongThanCong.com

/>

Ứng dụng chính
Sản xuất sợi dệt,sợi đơn bện bao dệt. Bao che phủ

.c
om

Két bia - nước ngọt, thùng chứa các loại,kệ,sp gia dụng..
Tạo xốp cách điện và cách âm

cu

u

du
o

ng

th

an

co

ng

 Bình đựng xăng - dầu, bình ắc qui…

CuuDuongThanCong.com

/>

CH3

n.C

C

C

C

H

H

H

H

.c
om

H

CH2
Monomer

isotactic
syndiotactic

cu

u

du
o

ng

th

an

co

CH3

n

ng

CH3

H

atactic

CuuDuongThanCong.com

/>
CH

CH2
CH

n

.c
om

Isotactic PP

ng

CH3

cu

u

100 ~ 300Å

du
o

ng

th

an

co

Vật mẫu

Đại tinh thể  50 m
Lớp tinh thể
CuuDuongThanCong.com

/>

.c
om
ng
co
an
th
ng
cu

u

du
o

TEM

100 m

1 m

AFM

LM

Cấu trúc đại tinh thể và tinh thể trong polypropylene
CuuDuongThanCong.com

/>