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 1. Hoàng Viết Hùng 2. Trương Thị Mỹ Hoài 3. Nguyễn Thị Hoài 4. Nguyễn Kiều Minh Khôi 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 ngồi 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 khơng 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 khơng thuận nghịch: xảy ra ở những polymer bị biến dạng vẫn giữ ngun 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 mơđun đàn hồi. (E) Mơđun 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 định luật Neuton dùng cho chất lỏng nhớt lý tưởng, tốc độ chảy của lớp chất lỏng bằng: v = y 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. • 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 suất trượt và tỷ lệ nghòch với độ nhớt của chất lỏng. Sự phụ thuộc gradien tốc độ vào ứng suất chất lỏng Newton chất lỏng không Newton A F η 1 η σ tr y v ∆ ∆ η σ tr η σ tr y v ∆ ∆ 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. 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. Ởû giá 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: Sự phụ thuộc gradien tốc độđvào ứng suất đối với chất dẻo Vật thể dẻo lý tưởng Vật thể dẻo không lý tưởng 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 han rộng vì thế không thể thiết lập được giới hạn rõ ràng giữa chất lỏng nhớt và vật thể chảy nhớt hay dẻo. dy dv η 1 dy dv σ dy dv σ tg = 1/ η n<1 n>1 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 thơi tác dụng lực. Cân bằng Khơng cân bằng • Hiện tượng hồi phục là một q trình chuyển từ trạng thái khơng 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 q trình biến đổi theo thời gian của Polymer từ trạng thái khơng 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. • • Độ biến dạng trên một đơn vò chiều dài (biến dạng tương đối) không đổi theo thời gian được gọi là biến dạng đàn hồi cao cân bằng. Kí hiệu là: ,dh ε ∞ ,dh ε ∞ ln lớn hơn bất kỳ biến dạng nào trong khoảng thời gian biến dạng ( ) • Khi chưa đạt đến biến dạng mềm cao cân bằng thì mẫu polymer có hiện tượng hồi phục gọi là hồi phục biến dạng. *. 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. 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. Nếu vận tốc tác dụng lực càng nhanh thì ứng suất để gây ra cùng một độ biến dạng sẽ càng lớn. 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. *. Q 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 , ,dh dh t ε ε ∞ > 1 σ 1 ε 1 ε 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. [...]...Đặc Điểm của hiện tượng hồi phục - trễ: 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... 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 Nhiệt độ: Khi tăng nhiệt độ, sự phát triển biến dạng được xúc tiến và rút ngắn biến dạng dư, tác dụng của sự tăng nhiệt độ tương tự như sự giảm tốc độ thay đổi ứng suất Khi giảm nhiệt độ, độ biến dạng chưa kòp... 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... chỉ có thể biến thành nhiệt • Lượng nhiệt này có thể là một trong những ngun nhân gây lão hố trong q trình sử dụng Polymer IV: Kết luận • Polymer la giải pháp cơng nghệ và vật liệu sống còn của thế giới trong tương lai,Nó chiếm 1 phần rất lớn trong tất cả các loại vật liệu.nắm bắt cải tiến polymer là giải pháp cho nền cơng nghiệp hiện đại mới.Những lợi ích của polymer là vơ cùng to lớn Tài liệu tham... độ cao Ý nghĩa của vòng trễ: σ ε1 ε ε2 ε2 ε1 S tích vòng trễ Diện = ∫0 σ 1d ε + ∫ε: σ 2 d ε 2 Trong đó: σ 1 , σ 2 ứng suất khi tăng và giảm Độ giãn dài tương đối: Trong đó: ε= l − l0 l0 l chiều dài sau khi biến dạng l0 chiều dài ban đầu của mẫu Cơng tiêu tốn (hay hồi phục) khi mẫu giãn ra (hay co lại) một đoạn dl: σ dε = • • • F dl F dl = A l0 V V: thể tích mẫu A: tiết diện ngang của mẫu Tích phân... phân thứ nhất: cơng tiêu tốn của q trình kéo căng mẫu (bằng ngoại lực tính cho một đơn vị thể tích mẫu co lại) Tích phân thứ hai: cơng hồi phục khi mẫu co, TH này cơng có giá trị âm do khi mẫu co lại sẽ sản sinh ra cơng Tổng hai tích phân trên (diện tích vòng trễ) cho ta hiệu số năng lượng tiêu hao và hồi phục Diện tích vòng trễ càng lớn thì năng lượng còn lại trong mẫu biến dạng càng lớn Năng lượng dư... polymer là giải pháp cho nền cơng nghiệp hiện đại mới.Những lợi ích của polymer là vơ cùng to lớn Tài liệu tham khảo • • HH- HL polyme NXB ĐHQG TPHCM tác giả Phan Thanh Bình Bài giảng mơn hh và hl polyme của thầy Cao Văn Dư . đổi hình dạng gọi là sự biến dạng. Biến dạng chia làm hai loại: biến dạng thuận nghịch và biến dạng khơng thuận nghịch. • Biến dạng thuận nghịch: xảy ra ở những phân tử polymer đã biến dạng và. dụng của ngoại lực. Những polymer loại này là những polymer đàn hồi và gọi là biến dạng đàn hồi. • Biến dạng khơng thuận nghịch: xảy ra ở những polymer bị biến dạng vẫn giữ ngun hình dạng đã biến. 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 1. Hoàng Viết Hùng 2. Trương