Bài giảng Công nghệ vật liệu đại cương

Vꢃt liꢄu polymer trong ñꢅi sꢆng

CÔNG NGHꢀ VꢁT LIꢀU

ðꢂI CƯƠNG

VꢁT LIꢀU POLYMER

2

4

6

Các ꢇng dꢈng polymer

ꢀChꢀt dꢁo: 2 loꢉi

• nhiꢄt dꢊo (thermoplastic)

• nhiꢄt rꢋn (thermosetting)

ꢀCao su: mꢉch polymer

thꢌng, có liên kꢍt ngang

và ñꢎ ñàn hꢏi cao

ꢀSꢂi: có thꢐ kéo thành

sꢑi chꢒ dài.

ꢀChꢀt kꢃt dính: dùng

kꢍt dính các bꢓ mꢔt cꢕa

2 vꢃt liꢄu rꢋn

PA (nylon), PEs (dacron),

PAN (sꢑi acrylic)

3

Các ꢇng dꢈng polymer

Polymer

ꢀXꢄp (foams): chꢇa các

lꢖ rꢖng nhꢗ

ꢀMàng (films): có bꢓ

dày 0,025 ꢘ 0,125 mm

dùng sꢙn phꢚm bao bì

ꢁ poly = nhiꢓu

meros = phꢛn

ꢁ Polymer là hꢑp chꢜt cao phân tꢝ mà cꢜu

trúc cꢕa nó là tꢃp hꢑp nhiꢓu ñơn vꢞ cꢜu

trúc có tính lꢃp lꢉi.

ꢁ Các ñơn vꢞ này liên kꢍt nhau bꢟi liên kꢍt

cꢎng hóa trꢞ.

5

Thuꢃt ngꢠ

Cꢜu trúc mꢎt sꢆ polymer

ꢁ Monomer

ꢁ Dimer

: cꢜu trúc 1 ñơn vꢞ

: cꢜu trúc 2 ñơn vꢞ

: cꢜu trúc 3 ñơn vꢞ

: cꢜu trúc 4 ñơn vꢞ

: cꢜu trúc mꢎt sꢆ ñơn vꢞ

: cꢜu trúc nhiꢓu ñơn vꢞ

ꢁ Trimer

ꢁ Tetramer

ꢁ Oligomer

ꢁ Polymer

ꢁ Preꢘpolymer : cꢜu trúc sơ khꢟi ñꢐ tꢉo polymer

7

8

Hình dꢉng phân tꢝ polymer

Phân loꢉi polymer – Nguꢏn gꢆc

ꢀPolymer thiên nhiên:

gꢖ, cao su, cotton, len,

da, tơ

ꢀPolymer tꢅng hꢂp: PE,

PP, PVC, PS, PET

9

10

Phân loꢉi polymer – Cꢜu trúc

ꢁ Polymer mꢉch thꢌng

(có nhánh hoꢔc không)

Polyethylene

ꢁ Nhꢡa nhiꢄt dꢊo, cao su

chưa lưu hóa

ꢁ Polymer mꢉng lưꢢi hay

mꢉng không gian

Mꢉng lưꢢi

2D

ꢁ Nhꢡa nhiꢄt rꢋn, cao su

lưu hóa

Mꢉng không

gian 3D

11

12

Phân loꢉi polymer – Cꢜu trúc

Nhꢡa phenolic

polyisoprene

Cao su thiên nhiên

lưu hóa

13

15

17

14

ðꢏng phân lꢃp thꢐ

ꢁ Tính chꢜt tactic

ðꢏng phân lꢃp thꢐ

ꢁ Tính chꢜt tactic

ꢁ Isotactic: nhóm R nꢣm

mꢎt bên mꢉch phân tꢝ

ꢁ Biꢐu thꢞ sꢡ sꢋp xꢍp cꢕa các nhóm thꢍ quanh

mꢉch chính cꢕa polymer.

ꢁ ðꢎ tactic liên quan ñꢍn ñꢎ kꢍt tinh.

ꢁ Syndiotactic: nhóm R

nꢣm thay ñꢤi tuꢛn tꢡ

hai bên mꢉch phân tꢝ.

ꢁ Atactic: nhóm R nꢣm

thay ñꢤi ngꢥu nhiên

16

ðꢏng phân hình hꢦc

Tính chꢜt cꢕa polymer nhiꢄt dꢊo

18

Tính chꢜt cꢕa polymer nhiꢄt rꢋn

Tính chꢜt cꢕa cao su

19

20

22

24

ðiꢓu chꢍ polymer

Các phương pháp chꢍ tꢉo

Crude Oil or Natural Gas

ꢁ Phương pháp trùng hꢑp

ꢁ Phương pháp trùng ngưng

ꢁ Phương pháp biꢍn tính

ꢁ Phương pháp trꢎn hꢑp

Petroleum Products

Monomer

Polymer

Polymerization

Monomer

Polymer

21

ADDITION POLYMERIZATION

(CHAIN POLYMERIZATION)

Phương pháp trùng hꢑp

ꢁ Kꢍt hꢑp mꢎt sꢆ lꢢn phân tꢝ mà không

tách ra các sꢙn phꢚm phꢈ

ꢁ Phꢙn ꢇng trùng hꢑp là phꢙn ꢇng cꢕa phân

tꢝ không no

23

Phương pháp trùng hꢑp

ꢁ Cơ chꢍ phꢙn ꢇng trùng hꢑp

ꢁ Các giai ñoꢉn phꢙn ꢇng trùng hꢑp

ꢁ Gꢆc tꢡ do: chꢜt khơi mào có thꢐ là các

peroxid, azo, diazo ....

ꢁ Khơi mào: ñòi hꢗi năng lưꢑng cao, xꢙy ra

chꢃm

ꢁ Ion: chꢜt khơi mào có thꢐ là các xúc tác AlCl₃,

BF₃, SnCl₄, kim loꢉi kiꢓm, kiꢓm thꢤ, acid, chꢜt

cơ kim, chꢜt phꢇc ...

ꢁ Phát triꢐn mꢉch: năng lưꢑng hoꢉt hóa nhꢗ,

xꢙy ra nhanh

ꢁ Ngꢋt mꢉch: năng lưꢑng hoꢉt hoá nhꢗ, tꢆc ñꢎ

cao

25

26

Phương pháp trùng hꢑp

27

28

Phương pháp trùng hꢑp

Phꢙn ꢇng trùng hꢑp gꢆc tꢡ do cꢕa ethylene

Khơi mào

29

30

Phương pháp trùng hꢑp

Phꢙn ꢇng trùng hꢑp gꢆc tꢡ do cꢕa ethylene

Phát triꢐn mꢉch

Phꢙn ꢇng trùng hꢑp gꢆc tꢡ do cꢕa ethylene

Ngꢋt mꢉch

31

33

35

32

34

36

Phương pháp trùng hꢑp

Các monomer ñiꢐn hình

Phꢙn ꢇng trùng hꢑp gꢆc tꢡ do cꢕa ethylene

Ngꢋt mꢉch

Phương pháp trùng hꢑp

Trùng hꢂp anion

Chꢜt khơi mào:

Giai ñoꢉn khơi mào:

Quá trình thành lꢃp mꢎt carbanion:

Phương pháp trùng hꢑp

Trùng hꢂp anion

Giai ñoꢉn phát triꢐn mꢉch:

Không có cơ chꢍ ngꢋt mꢉch kꢍt hꢑp. LIVING POLYMER!!!

Tuy nhiên…

Trong dung môi "protic", có thꢐ có

sꢡ truyꢓn mꢉch sang dung môi

Không có cơ chꢍ ngꢋt mꢉch kꢍt hꢑp. LIVING POLYMER!!!

37

38

Phương pháp trùng hꢑp

Trùng hꢂp anion

Trùng hꢂp cation

Các monomer ñiꢐn hình:

Các monomer vꢢi các

nhóm rút ñiꢄn tꢝ có thꢐ

ꢤn ñꢞnh carbanion

39

40

Phương pháp trùng hꢑp

Trùng hꢂp cation

Vꢢi chꢜt khơi mào Aluminum trichloride

orbital trꢆng

Trùng hꢂp cation

Quá trình trùng hꢑp cation cꢕa isobutylene

Giai ñoꢉn khơi mào

Sꢡ hình thành phꢇc AlCl₃/H₂O

41

42

Phương pháp trùng hꢑp

Trùng hꢂp cation

Quá trình trùng hꢑp cation cꢕa isobutylene

Giai ñoꢉn phát triꢐn mꢉch

Ngꢋt mꢉch trong trùng hꢑp cation

Truyꢓn mꢉch sang monomer

43

45

47

44

46

48

Phương pháp trùng hꢑp

Trùng hꢂp cation

Ngꢋt mꢉch trong trùng hꢑp cation

Truyꢓn mꢉch sang chꢜt khơi mào

Ngꢋt mꢉch trong trùng hꢑp cation

Ngꢋt mꢉch

Phương pháp trùng hꢑp

Công nghꢄ trùng hꢑp

ꢁ Trùng hꢑp ñꢏng thꢐ:

ꢁ Trùng hꢑp khꢆi: PMMA, PS ...

ꢁ Trùng hꢑp dung dꢞch: PVAc, Acrylat ...

ꢁ Trùng hꢑp dꢞ thꢐ:

Trùng hꢂp cation

Các monomer ñiꢐn hình:

Các monomer vꢢi các

nhóm cho ñiꢄn tꢝ có thꢐ

ꢤn ñꢞnh carbocation

ꢁ Trùng hꢑp nhũ tương: SBR, PVC ...

ꢁ Trùng hꢑp huyꢓn phù: PS, PMMA, PVC, PAN

...

Công nghꢄ trùng hꢑp

Trùng hꢑp huyꢓn phù

Trùng hꢑp nhũ tương

Monomer và chꢜt khơi mào không tan trong nưꢢc

Cꢧ hꢉt – 5 micron

Cꢛn khuꢜy ñꢐ tránh kꢍt tꢈ

49

50

52

54

Phương pháp trùng ngưng

Vài polymer…

Step growth polymerization

ꢁ Kꢍt hꢑp mꢎt sꢆ lꢢn phân tꢝ kèm theo sꢡ

tách ra cꢕa các chꢜt thꢜp phân tꢝ như

nưꢢc, NH₃, rưꢑu, HCl ...

ꢁ Phꢙn ꢇng trùng hꢑp là phꢙn ꢇng giꢠa các

nhóm chꢇc ...

Polyesters (ngưng tꢈ acid dicarboxylic và dialcohol)

ꢁ Phꢙn úng trùng ngưng là phꢙn ꢇng cân

bꢣng.

51

Phương pháp trùng ngưng

Vài polymer…

Phương pháp trùng ngưng

Vài polymer…

Polyurethanes

(cꢎng diisocyanates

và dialcohols)

Polycarbonates

53

Phương pháp trùng ngưng

Vài polymer…

Tꢅng hꢂp Nylon 6,6

Nylon 6,6

Nưꢀc

và tiꢍp tꢈc…

55

57

59

56

Phương pháp trùng ngưng

Tꢅng hꢂp nhꢆa PF

Phương pháp trùng ngưng

Polyamides

Polyesters

Polycarbonates

58

Công nghꢄ trùng ngưng

Phꢙn ꢇng biꢍn ñꢤi hóa hꢦc

ꢁ Trùng ngưng khꢆi nóng chꢙy

ꢁ Trùng ngưng trong dung dꢞch

ꢁ Trùng ngưng trên bꢓ mꢔt phân pha lꢗng

ꢁ Trùng ngưng pha rꢋn

ꢁ Phꢙn ꢇng polymer tương tꢡ: CA, CAB, PVA

ꢁ Phꢙn ꢇng tꢨng mꢋt xích phân tꢝ

ꢁ Sꢙn phꢚm không ñꢏng nhꢜt

ꢁ Phꢙn ꢇng ñꢉi phân tꢝ: Pꢇ lưu hoá cao su

ꢁ ðꢉi phân tꢝ tham gia như mꢎt ñơn vꢞ tác chꢜt

ꢁ P.ꢇng chꢒ xꢙy ra ꢟ vài tâm hoꢉt ñꢎng cꢕa

phân tꢝ

ꢁ Sꢙn phꢚm có cꢜu trúc mꢉng lưꢢi 2D hay 3D

60

Trꢎn hꢑp polymer

Công nghꢄ trꢎn hꢑp

ꢁ Là phương pháp nhanh nhꢜt ñꢐ có mꢎt

polymer mꢢi, ñáp ꢇng nhanh yêu cꢛu thꢞ

trưꢅng.

ꢁ Bꢣng cách chꢦn lꢡa thích hꢑp ꢂ mꢎt vꢃt

liꢄu polymer mꢢi có tính năng tꢆt tꢨ các

polymer thành phꢛn.

ꢁ Trꢎn hꢑp ꢟ trꢉng thái nóng chꢙy

ꢁ Dꢩ thꢡc hiꢄn

ꢁ Có khꢙ năng xꢙy ra các phꢙn ꢇng cꢋt mꢉch

ꢁ Quá trình chꢃm

ꢁ Trꢎn hꢑp ꢟ trꢉng thái dung dꢞch

ꢁ Khó chꢦn dung môi thích hꢑp cho cꢙ 2

polymer

ꢁ Trꢎn hꢑp PS và PPO cho sꢙn phꢚm dꢩ chꢙy,

dꢩ gia công, có cơ tính cao, chꢆng cháy, khó

phân huꢪ

61

63

65

62

Công nghꢄ trꢎn hꢑp

Mꢎt sꢆ polymer trꢎn hꢑp

ꢁ Trꢎn hꢑp ꢟ dꢉng latex

ꢁ Sꢝ dꢈng nhiꢓu phꢈ gia

ꢁ KT xuyên mꢉng

ꢁ CN phꢇc tꢉp

Polybend

PPO/PS

Tên thương mꢁi

Noryl

Nhà sꢂn xuꢃt

GE Plastics

Monsanto

GE Plastics

Mobay

Nylon/ABS

PPO/Nylon

PC/PBT

Triax 1000

Noryl GTX

Xenoy

PET/PBT

PC/PET

Valox

Makrolend

Selar RB

Nylon/PE

Du Pont

64

Khꢆi lưꢑng phân tꢝ trung bình

ðꢎ phân tán khꢆi lưꢑng phân tꢝ

Σ NiMi

i

Mn =

Khꢆi lưꢑng phân tꢝ trung bình sꢆ

Σ Ni

i

ΣNiM_i²

Khꢆi lưꢑng phân tꢝ trung bình khꢆi

ðꢎ phân tán (Chꢒ sꢆ phân tán)

M _W= ΣWi.Mi =

ΣNi.Mi

Mi.Ni

Wi =

ΣMi.Ni

Mw

PDI =

Mn

66

Thuꢃt ngꢠ (tt)

Copolymer

ꢁ Homopolymer: polymer tꢉo bꢟi mꢎt loꢉi ñơn vꢞ

cꢜu trúc

ꢁ Copolymer:

polymer tꢉo bꢟi 2 loꢉi ñơn vꢞ cꢜu

trúc

ꢁ Copolymer khꢆi

ꢁ Copolymer ghép

ꢁ Copolymer cꢜu trúc tuꢛn hoàn

ꢁ Copolymer cꢜu trúc ngꢥu nhiên

ꢁ Heteropolymer: polymer tꢉo bꢟi nhiꢓu loꢉi ñơn

vꢞ cꢜu trúc

67

69

71

68

70

72

Polymer tinh thꢐ, vô ñꢞnh hình

Polymer vô ñꢞnh hình

Polymer bán tinh thꢐ

Trꢉng thái vꢃt lý ñꢔc trưng

ꢁ Trꢉng thái pha cơ bꢙn cꢕa Pol vô ñꢞnh

hình

Trꢉng thái pha cꢕa Pol VðH

Trꢉng thái

Thꢕy tinh

Trꢉng thái

Cao su

Trꢉng thái

Chꢙy nhꢢt

ꢁ Trꢉng thái thꢕy tinh

ꢁ Trꢉng thái cao su (mꢓm cao)

ꢁ Trꢉng thái chꢙy nhꢢt

Tg

Tf

Dao ñꢎng

ðoꢉn mꢉch

Chuyꢐn ñꢎng

Phân tꢝ

Dao ñꢎng

Nguyên tꢝ

ꢁ Trꢉng thái pha cơ bꢙn cꢕa Pol kꢍt tinh

ꢁ Trꢉng thái kꢍt tinh

ꢁ Trꢉng thái nóng chꢙy

Tg : Nhiꢄt ñꢎ chuyꢐn thꢕy tinh

Tf : Nhiꢄt ñꢎ chꢙy nhꢢt

Trꢉng thái pha cꢕa Pol tinh thꢐ

ðưꢅng cong biꢍn dꢉng

ꢫng

suꢜt

Ceramic

Kim loꢉi

Trꢉng thái

Kꢍt tinh

Trꢉng thái

Nóng chꢙy

Tm

Dao ñꢎng

Chuyꢐn ñꢎng

Phân tꢝ

Nguyên tꢝ trong

mꢉng tinh thꢐ

Polymer

Biꢍn dꢉng

Tm: Nhiꢄt ñꢎ nóng chꢙy

73

74

Tính chꢜt vꢃt lý ñꢔc trưng

ꢬnh hưꢟng cꢕa nhiꢄt ñꢎ

75

76

Yꢍu tꢆ ꢙnh hưꢟng

dꢉng ñưꢅng cong biꢍn dꢉng

Tính chꢜt ñàn nhꢢt cꢕa polymer

ꢫng

suꢜt

Chiꢓu tăng vꢃn tꢆc

biꢍn dꢉng

Chiꢓu giꢙm

nhiꢄt ñꢎ

Chiꢓu tăng

ñꢎ kꢍt tinh

Biꢍn dꢉng

77

78

Hiꢄn tưꢑng ñàn trꢩ

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ñúc ép

ꢫng

suꢜt

ꢁ Phù hꢑp cho gia công nhꢡa nhiꢄt rꢋn, cao su

ꢁ Sꢙn phꢚm ñưꢑc ñꢞnh hình theo 3 chiꢓu

ꢁ Tꢉo hình vꢃt liꢄu ꢟ trꢉng thái chꢙy nhꢢt

ꢁ Thiꢍt bꢞ gia công gꢏm máy ép và khuôn

Biꢍn dꢉng

79

80

82

84

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ñúc ép

81

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ñùn

ꢁ Phương pháp ñúc ép

ꢁ Thưꢅng sꢝ dꢈng cho nhꢡa nhiꢄt dꢊo, cao su

ꢁ Chꢍ tꢉo sꢙn phꢚm dꢉng thanh hình. ðưꢑc

ñꢞnh hình theo 2 chiꢓu

ꢁ Thiꢍt bꢞ gia công gꢏm:

ꢁ Máy ñùn

Platen

Heat and

Cooling

Mold Plunger

Guide Pins

Mold Cavity

Platen

Compound

to be molded

ꢁ ðꢛu tꢉo hình

ꢁ Hꢄ thꢆng xꢝ lý phôi ñùn

Hydraulic

Pressure

Hydraulic Plunger

83

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ñùn

85

87

89

86

88

90

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ñùn

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ñùn

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ñùn

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ñùn

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ñùn

ꢁ Phương pháp ép phun

ꢁ Thích hꢑp cho gia công nhꢡa nhiꢄt dꢊo

ꢁ Sꢙn phꢚm ñưꢑc ñꢞnh hình chính xác theo 3

chiꢓu

ꢁ Năng suꢜt cao

ꢁ Thiꢍt bꢞ gia công gꢏm máy ép phun và khuôn

ñúc

91

93

95

92

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ép phun

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ép phun

94

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ép phun

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ép phun

96

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ép phun

97

98

Các phương pháp gia công

ꢁ Phương pháp ép phun

ꢁ Phương pháp ép phun thꢤi

99

100

Bài giảng Công nghệ vật liệu đại cương - Vật liệu polymer