BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠ KHÍ TIỂU LUẬN Khoa: Công nghệ Cơ khí Lớp: ĐHCK5A, Nhóm: 4 Khoá học: 2011-2012 GVHD: Th.S. Nguyễn Minh Tuấn Báo cáo tiểu luận GVHD: Th.S Nguyễn Minh Tuấn Tp.HCM, Ngày 12 tháng 11 năm 2011 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠ KHÍ …o00o… Lớp HP: 210301001 Danh sách nhóm: Nguyễn Văn Lý 09088551 Lê Quang Sinh 09230691 Huỳnh Cường 09084731 Lê Minh Tuấn 09077111 Trần Văn Đệ 09078221 Nhóm thực hiện: 17 2 Báo cáo tiểu luận GVHD: Th.S Nguyễn Minh Tuấn Tp.HCM, Ngày 12 tháng 11 năm 2011 MỤC LỤC PHẦN A: NỘI DUNG 5 I. VẬT LIỆU HỮU CƠ (POLIME) 5 II.CẤU TẠO POLYME VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA POLYME 5 1. Cấu tạo polyme 5 a. Phân tử polyme 5 b. Cấu trúc mạch của phân tử polyme 7 c. Cấu trúc vật liệu của polyme 12 2. Các tính chất của polyme 13 a. Tính chất nóng chảy và hòa tan 13 b. Cơ tính của polyme 13 c. Các tính chất khác 14 III. MỘT SỐ VẬT LIỆU POLYME ĐIỂN HÌNH VÀ ỨNG DỤNG 15 1. Phân loại 15 2. Chất dẻo 16 a. Chất dẻo nhiệt dẻo 16 b. Chất dẻo nhiệt rắn 17 3. Elastome 18 a. Lưu hóa 18 b. Các loại elastome 19 4. Sợi 20 5. Màng 20 6. Chất dẻo xốp 20 7. Sơn 21 8. Keo 21 Nhóm thực hiện: 17 3 Báo cáo tiểu luận GVHD: Th.S Nguyễn Minh Tuấn IV. GIA CÔNG POLYME 21 1. Phôi liệu 21 a. Các chất phụ gia 22 b. Các chất tăng cường 22 2. Gia công polyme 22 a. Đúc áp lực 22 b. Đúc ép 23 c. Đúc trao đổi 23 d. Đúc phun 23 e. Đúc đùn 24 f. Đổ khuôn 26 g. Các phương pháp gia công polyme 26 PHẦN B: TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 PHẦN A: NỘI DUNG Nhóm thực hiện: 17 4 Báo cáo tiểu luận GVHD: Th.S Nguyễn Minh Tuấn I. VẬT LIỆU HỮU CƠ (POLYME) Ngày nay nói đến vật liệu hữu cơ, người ta nghĩ ngay đến các polyme hữu cơ bao gồm chất dẻo, cao su, sợi, keo … Trong cơ khí polyme đang được sử dụng ngày một nhiều làm thân vỏ máy, ô tô, ti vi… và đặc biệt là các chi tiết máy bằng composite nền polyme. Có nhiều cách phân loại polyme như: theo nguồn gốc hình thành (polyme tự nhiên và nhân tạo), theo cấu trúc mạch (mạch thẳng, nhánh, mạng lưới, không gian), theo tính chất nhiệt (polyme nhiệt dẻo và polyme nhiệt rắn), theo lĩnh vực ứng dụng (chất dẻo, cao su, sợi, sơn, keo …), theo độ phân cực (phân cực và không phân cực). Vật liệu polyme được chế tạo tương đối dễ, rẻ tiền, tính chất được điều chỉnh trong một khoảng rộng cho nhiều mục đích sử dụng. Gần đây những nghiên cứu và phát triển các vật liệu composite nano polyme với những tính chất đặc biệt về cơ, hóa, nhiệt và dẫn điện, hứa hẹn một khả năng ứng dụng to lớn của các vật liệu polyme. II. CẤU TẠO POLYME VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA POLYME 1. Cấu tạo polyme a. Phân tử polyme Phân tử polyme khổng lồ được hình thành tử các đơn vị cấu trúc, như các mắt xích nối nhau lặp đi lặp lại nhiều lần gọi là “me”. Me đơn giản là monomer, còn polyme là nhiều “me”. “Me” là đơn vị cơ bản của chuỗi phân tử polyme. Nhóm thực hiện: 17 5 Báo cáo tiểu luận GVHD: Th.S Nguyễn Minh Tuấn a. PVC (polyvinyl clorit), b. PP (polyprôpylen), c. PS (polystyren), d. PMMA (polymêtyn metacrylat) - thủy tinh hữu cơ Polyme dị mạch: mạch chính gồm các nguyên tử cacbon và các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác liên kết với nhau. b) nylon 6,6 polycacbonat Liên kết của các nguyên tử trong phân tử polyme là liên kết đồng hóa trị. Sự tạo thành các mắt xích “me” trong phân tử polyme tạo cho nó tính mềm dẻo, đàn hồi. Phân tử polyme tạo thành từ các “me” có cáu tạo giống nhau thành một chuỗi dài. Khối lượng (độ dài) của phân tử polyme là khác nhau.Trong cùng một vật liệu polyme có những đoạn phân tử dài, có đoạn ngắn và đa Nhóm thực hiện: 17 6 Báo cáo tiểu luận GVHD: Th.S Nguyễn Minh Tuấn số là các đoạn trung bình. Khối lương phân tử càng lớn (mạch càng dài) thì nhiệt độ nóng chảy càng cao, độ bền cao nhưng độ chảy thấp. Khối lượng phân tử thấp thì nhiệt độ nóng chảy thấp, độ bền thấp nhưng độ chảy cao. Sự phân bố khối lương của các phân tử polyme là đặc biệt quan trọng. Người ta luôn mong muốn tạo ra vật liệu polyme trong đó các phân tử có cùng độ dài và trọng lượng. Tuy nhiên điều đó rất khó đạt được mà thực tế chỉ có thẻ thu được vật liệu polyme có phân bố khối lượng trong giải hẹp có nghĩa các phân tử có độ dài, trọng lượng không quá xa nhau. Vật liệu polyme có phân bố khối lượng phân tử hẹp dễ gia công hơn và có tính chất cơ lý cao hơn. b. Cấu trúc mạch của phân tử polyme Hình dạng mạch: mạch polyme thẳng chỉ là đơn giản hóa, các nguyên trong mạch chính liên kết với nhau một góc là 109 o ,5 với khoảng cách giữa các nguyên tử là 0,154nm. a) Sơ đồ mạch cacbon trong mặt phẳng b) Trong không gian Nhóm thực hiện: 17 7 Báo cáo tiểu luận GVHD: Th.S Nguyễn Minh Tuấn Hình dạng mạch không gian có nhiều uốn lượn Trong không gian ba chiều các nguyên tử có thể quay theo chiều quỹ đạo đường tròn đáy hình nón và uốn gập Hình dạng mạch quyết định các tính chất quan trọng của polyme trong đó có tính đàn hồi của cao su. Tính chất cơ nhiệt của polyme phụ thuộc nhiều vào khả năng quay của các đoạn mạch khi có ứng lực hoặc thay đổi nhiệt độ. Một số cấu trúc của polyme: Tính chất của polyme ngoài sự phụ vào khối lượng nguyên tử, hình dạng của nó còn phụ thuộc vào cấu trúc mạch phân tử. Có 4 loại cấu trúc mạch polyme gồm polyme mạch thẳng, mạch nhánh, mạch lưới, mạch không gian. Nhóm thực hiện: 17 8 Báo cáo tiểu luận GVHD: Th.S Nguyễn Minh Tuấn Cấu trúc mạch polyme.a) mạch thẳng; b) mạch nhánh; c) mạch lưới; d) mạch không gian. Đối với các copolyme đồng trùng hợp từ hai (hoặc nhiều) monome khác nhau có thể sự sắp xếp các monome khác nhau. Chúng có thể sắp xếp hoàn toàn ngẫu nhiên, sắp xếp xen kẽ, sắp xếp từng khối và sắp xếp theo kiểu ghép. Nhóm thực hiện: 17 9 Báo cáo tiểu luận GVHD: Th.S Nguyễn Minh Tuấn Sơ đồ mạch của các polyme đồng trùng hợp: a) ngẫu nhiên; b) xen kẽ; c) khối; d) ghép Hình thái cấu tạo: một số polyme có các nhóm thế R liên kết trực tiếp với mạch chính. Me (a) và các dạng "đầu nối đuôi" (b), "đầu nối đầu" (c) Trong đó R là một nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử không phải hydro (ví dụ: Cl, CH 3 , C 6 H 5 ). Các “me” có thể có kiểu hình thái sắp xếp kiểu “đầu nối đuôi” hoặc “đấu nối đầu”. Sự sắp xếp như trên của các nhóm R làm thay đổi các tính chất của polyme. Cùng một loại polyme nhưng hình thái sắp xếp nhóm thế khác nhau sẽ có tính chất khác nhau. Khi nhóm thế R của các đồng phân ở cùng một bên của mạch, polyme được gọi là izotactic. Khi nhóm thế R nằm cách đều nhau về hai phía, polyme được gọi là syndiotactis. Khi nhóm thế R nằm hoàn toàn ngẫu nhiên, polyme được gọi là atactis . Nhóm thực hiện: 17 10 [...]... còn của gutta percha gọi là cấu trúc trans c Cấu trúc của vật liệu polyme Phân tử polyme có cấu trúc dạng mạch Nếu các mạch phân tử polyme sắp xếp không có quy luật thì chúng sẽ tạo thành polyme có cấu trúc vô định hình Nếu các phân tử polyme sắp xếp có quy luật sẽ tạo nên vật liệu polyme có cấu trúc tinh thể Thông thường vật liệu polyme là vô định hình nhưng đôi khi cũng tồn tại ở trạng thái tinh... Theo cấu trúc mạch phân tử: polyme được chia ra thành polyme mạch thẳng, mạch nhánh, mạch lưới và mạch không gian Theo tính chịu nhiệt: polyme gồm hai loại, polyme nhiệt dẻo và polyme nhiệt rắn Theo độ phân cực: chia ra làm hai loại: + Polyme không phân cực + Polyme phân cực Theo lĩnh vực sử dụng: polyme được chia ra thành nhiều nhóm như chất dẻo, sợi, elastome, sơn, keo 2 Chất dẻo a Chất dẻo nhiệt dẻo... 17 20 Báo cáo tiểu luận GVHD: Th.S Nguyễn Minh Tuấn polyme (tính kết dính nội) vào tính bám dính của màng keo với vật liệu, vào trạng thái bề mặt của vật liệu được dán Keo dán có thể là nhiệt dẻo hay nhiệt rắn hoặc elastome, đôi khi là các polime tự nhiên (keo gelatin, keo casein, keo cao su, gôm) IV GIA CÔNG POLYME 1 Phối liệu: Thông thường các vật liệu polyme không đơn thuần chỉ có các polyme nguyên... Chất chống cháy: alumin, thiếc oxit, các muối phốtphat - Các chất phụ gia đặc biệt: dùng để lưu hóa ( lưu huỳnh, peroxit) b Các chất tăng cường: Khi trộn với polyme sẽ cải thiện tính chất cơ lý của polyme Một số các chất tăng cường: vải thủy tinh, bột graphit, mica dạng vảy, tấm amian 1 Kỹ thuật gia công polyme Phương pháp tạo hình polyme phổ biến nhất là đúc Một số phương pháp đúc: a Đúc áp lực: kim... KHẢO 1 Châu Minh Quang (2010), Giáo trình vật liệu cơ khí, NXB Đại Học Công Nghiệp Tp.HCM 2 Đặng Vũ Ngoạn (chủ biên) - Nguyễn Văn Dán – Nguyễn Ngọc Hà – Trương Văn Trường (2004), Vật liệu kĩ thuật, NXB Đại Học Quốc Gia Tp.HCM 3 Nguyễn Văn Dán (2010), Công nghệ nhiệt luyện và xử lý bề mặt, NXB Đại Học Quốc Gia Tp.HCM 4 Tài liệu Gia công polyme Nhóm thực hiện: 17 27 ... khu vực vô định hình (vùng tối) Nhóm thực hiện: 17 12 Báo cáo tiểu luận GVHD: Th.S Nguyễn Minh Tuấn Tính chất cơ lý của polyme cũng phụ thuộc vào trạng thái tổ chức của nó Polyme tinh thể bền hơn và có nhiệt độ nóng chảy cao hơn polyme vô định hình 2 Các tính chất của polyme a Tính chất nóng chảy và hòa tan Do khối lượng phân tử lớn nên polyme không thể biến sang trạng thái khí Khi đun nóng chúng không... được pha trộn thêm các chất khác nhau như các chất phụ gia và các chất tăng cường a Các chất phụ gia - Chất độn ( bột gỗ, bột talc, bột sét) - Các chất hóa dẻo: cho vào hỗn hợp polyme nhằm tăng độ mềm dẻo, làm dễ dàng cho công nghệ tạo hình - Chất ổn định: amin, phenol, mồ hóng cho vào hỗn hợp polyme làm giảm hoặc ức chế quá trình lão hóa của polyme - Chất tạo màu: ZnO (màu trắng); chì cromat (màu... quang: một số polyme có thể truyền ánh sáng Muốn vậy chung phải ở dạng vô định hình (polycacbonat pc truyền sáng 80%, polyester truyền sáng 90%) III MỘT SỐ VẬT LIỆU POLYME ĐIỂN HÌNH VÀ ỨNG DỤNG 1 Phân loại Theo nguồn gốc hình thành: polyme có nguồn thiên nhiên như xenlulozo, cao su tự nhiên, protein, enzym Polyme tổng hợp gồm pe, ps, pp, pvc Theo cấu trúc mạch phân tử: polyme được chia ra thành polyme mạch... hình này, các tinh thể polyme là các tấm mỏng, hình dạng đều đặn, dày cỡ 10nm và chiều dài khoảng 10µ Tổ chức của polyme có thể là hoàn toàn vô định hình hoặc kết tinh một phần, trong đó các vùng tinh thể có sự sắp xếp đều đặn phân bố trong nền vô định hình Tổ chức của polyme bán tinh thể Một số polyme kết tinh từ trạng thái nóng chảy tạo thành các tiểu cầu (spherulite) Các tiểu cầu bao gồm các tấm... chức vật liệu polyme tinh thể gồm cả trạng thái tinh thể và vô định hình Nói cách khác các đại phân tử polyme chỉ kết tinh từng đoạn và phân bố xen kẽ giữa các đoạn không kết tinh Nhóm thực hiện: 17 11 Báo cáo tiểu luận GVHD: Th.S Nguyễn Minh Tuấn Gần đây cách hình dung về trạng thái tinh thể polyme theo mô hình mạch gấp cho ta cách nhìn chính xác và thuận tiện hơn Cấu trúc mạch gấp của polyme tinh thể . 21 Nhóm thực hiện: 17 3 Báo cáo tiểu luận GVHD: Th.S Nguyễn Minh Tuấn IV. GIA CÔNG POLYME 21 1. Phôi liệu 21 a. Các chất phụ gia 22 b. Các chất tăng cường 22 2. Gia công polyme 22 a. Đúc áp lực 22 b một khả năng ứng dụng to lớn của các vật liệu polyme. II. CẤU TẠO POLYME VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA POLYME 1. Cấu tạo polyme a. Phân tử polyme Phân tử polyme khổng lồ được hình thành tử các đơn vị. lưới và mạch không gian. Theo tính chịu nhiệt: polyme gồm hai loại, polyme nhiệt dẻo và polyme nhiệt rắn. Theo độ phân cực: chia ra làm hai loại: + Polyme không phân cực + Polyme phân cực Theo