Nhựa PC là gì?
2.1. Tính chất cơ lý.
Đây là loại vật liệu có tính chất cơ lý phối hợp một cách tuyệt diệu: độ bền cơ học cao, bền ở nhiệt độ cao, chịu lạnh tốt, độ hút ẩm thấp, khó cháy. Sản phẩm của PC có thể làm việc lâu ở nhiệt độ gần với nhiệt độ làm mềm mà không thay đổi kích thước sau khi làm nguội.Tất cả những tính chất trên cho phép sử dụng PC một cách rộng rãi với vai trò là vật liệu kết cấu các công trình sản xuất từ
Nhựa PC có thể được gia công bằng phương pháp đùn phun, ép đều có sự co ngót như nhau 0,5 0,7%
Biến dạng của nhựa PC với các tải trọng khác nhau
(1)
ks (N/cm2) Nhiệt độ (oC)
390 100
780 100
2250 250
1560 100
1950 100
Ở nhiệt độ bình thường khi kéo mẫu thử PC chỉ bắt đầu biến dạng ở ứng suất 56 63 N/mm2
Các chỉ số cơ lý của vật liệu
= 1,2r g/cm2
k = 60 70 N/mm2s
n = 100s 110 N/mm2
u = 80 90 N/mm2s
=E 2200 2400 N/cm2
Độ dai va đập 120 140 Ncm/mm2
% = 20 100 e Biến dạng
HB (N/mm2) 150 160
Hệ số ma sát 0,4
Tính chất cơ lý của PC phụ thuộc vào nhiệt độ.
toC -54 -30 24 50 70 100 135
ks N/mm2 98 86,8 66,2 55,3 47,6 39 28
E N/mm2 2800 2625 2450 2100 - - -
Tiến hành kéo thanh PC ở nhiệt độ toC = 100oC
Ứng suất kéo (N/cm2) 390 780 1560 1950
Biến dạng khởi đầu m/mm 0,298 3,059 7,267 11,620m
Biến dạng từ biến sau 1000h m/mm 2,797 6,941 13,0 35m
Biến dạng tổng m/mm 3,095 10 20,267 46,62m
Biến dạng phục hồi m/mm 1,191 3,235 7,266 9,79m
chiếm % 38,5 32,2 35,8 21,0
Dùng mẫu PC ở dạng hình cầu nén ở nhiệt độ 24oC với tải trọng 11,250 N. Đường kính đầu do= 10,15mm thì độ móp (dập) do tải trọng là 1,42 mm, độ móp dư vật liệu chịu nén tốtà(độ dập dư) là 0,043 mm, phần biến dạng phục hồi là 97% dùng để làm khớp cầu , kín chống đạn.
Sản phẩm của PC không có hiện tượng chảy lạnh. Ở nhiệt độ bình thường mẫu thử với tải trọng 12 N/mm2 ở nhiệt độ20oC và thời gian 6 tháng không thấy xuất hiện biến dạng dư.
Biểu đồ giới hạn bền kéo phụ thuộc vào nhiệt độ
Sự phụ thuộc của modun E vào nhiệt độ.
Tính chất cơ lý của PC được hoàn thiện hơn nếu ta cho thêm sợi thuỷ = 6000 N/mm2. Hệ số giãn nởEk= 100N/mm2, stinh với trữ lượng 30% 40% khi đó nhiệt giảm gần một nửa, gần như hợp kim nhẹ. Độ chịu mài mòn tăng lên 6 lần. PC có sợi thuỷ tinh thì chịu được tải trọng động và tải trọng tĩnh khá cao ngay ở nhiệt độ cao, điều đó cho phép PC sử dụng được trong điều kiện khắc nghiệt. Nếu cho thêm một vài phụ gia khác như nitritbor, đioxyl titan thì độ chịu mài mòn của PC càng tăng thêm.
2.2. Tính cách điện.
Đây là loại vật liệu có tính chất cách điện tốt trong dải rộng tần số và nhiệt độ.
Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc của độ thấm điện môi vào tần số
- Khi tần số < 106 Hz thì độ thẩm thấu điện môi gần như không giảm. Độ hao tổn điện môi đạt cực đại khi tần số là 107Hz.
.W- Điện trở kháng bề mặt là 2,1.1016
- Điện trở cmWkháng thể tích là 1,5.1016
- Hệ số hao tổn điện môi là 0,035
- Độ thấm điện môi là 3,0
- Điện thế đánh thủng 34,8 KV/mm.
2.3: Tính chất về nhiệt.
PC chỉ cháy khi có ngọn lửa và khi dời khỏi ngọn lửa thì tắt vì vậy nó được coi là chất dẻo tự tắt .
Nhiệt độ nóng chảy là 235oC 275oC, nhiệt độ làm mềm là 132-138oC , nhiệt độ chảy là 215-222oC.
Độ bền nhiệt theo Vic là 150-160oC, theo Mactanh là 120-130oC.
Nhiệt dung là 0,28 Kcal/Kg.oC.
Hệ số dẫn nhiệt là 0,17 Kcal/m.h.oC.
Hệ số giãn nở nhiệt 6.10-6 ( 1/oC)
Nhiệt độ tự bốc cháy là 500oC.
Độ chịu lạnh là -100oC
Nhiệt độ làm việc cao nhất là 135-137oC.
Hệ số giãn nở nhiệt của PC ở nhiệt độ -70-140oC là hầu như không đổi.
2.4: Tính chất hoá học .
PC bền vững trước axit hữu cơ, vô cơ, bền với muối vô cơ và các chất oxi hoá. Mỡ và các loại cacbua hidro của chất béo không tác dụng với PC.
Các loại dung môi như benzen, axeton,toluen,etyl axetat, nitrobenzen,tetrahidrofuram có tác dụng làm trương nở PC và dẫn đến kết tinh cao ( từ trong suốt sang mờ) .
PC tan trong metyl clorid, trong meta crezol, đimetylformamid.
Chỉ có các kiềm mạnh mới phá huỷ được PC .
2.5: Ảnh hưởng của thời tiết.
PC là chất dẻo bền vững với thời tiết, phù hợp với khí hậu nhiệt đới.
Trong quá trình lão hoá nhân tạo tính chất của PC không thay đổi trong điều kiện.
+ Sau 26 h để ở ngoài trời ở nhiệt độ 150oC.
+ Sau 72h chiếu tia cực tím .
+ Sau 8 tuần để trong môi trường khí trơ ở nhiệt độ là 170oC.
+ Đun sôi trong nước suốt một tuần.
Sau khi chiếu tia cực tím vào PC với cường độ 22cal/cm2.h sau 250h ở nhiệt độ 70-130oC trong môi trường chân không thì độ bền kéo của màng tăng 10-17% , độ biến dạng dài tương đối giảm 80-90%. Các mẫu màng không co bóp không có bọt khí, không bị tách lớp, nhám bề mặt, trọng lượng không đổi, màu sắc đậm hơn. Với cường độ như vậy chiếu tia cực tím vào màng PC trong khoảng thời gian 120h ở 70oC ngoài không khí thì giới hạn bền kéo của mẫu giảm xuống 65%-70% , độ giãn dài tương đối giảm xuống 80-94% màng ngả màu vàng và xuất hiện các vết dạn nứt , giòn. Người ta theo dõi thấy rằng sự phá huỷ của màng xảy ra mạnh nhất ở 30h đầu, ứng suất kéo giảm 55-62% tiếp theo giảm 20-26%, độ giãn dài giảm 75% trong 10h đàu sau đó giảm chậm dần, độ hút nước sau 24h là 0,2% sau 7 ngày là 0,3% , hút nước nhiều nhất là 0,4%. Ở nhiệt độ 25oC với độ ẩm 40% thì hút ẩm là 0,01%, ở nhiệt độ 25oC với độ ẩm 95% thì hút ẩm 0,16%. Nếu ngâm PC trong nước lạnh trong 10 ngày thì hút ẩm nhỏ hơn 0,33%, nước nóng nhơ hơn 0,58%. Độ hút ẩm của PC không ảnh hưởng đến tính chất cơ học và tính cách điện của nó.
2.6: Tính chất quang học.
Nếu PC sản xuất từ nguyên liệu ban đầu ở dạng sạch cho ta sản phẩm trong suốt , độ hấp thụ sóng không đáng kể. Với m thì trong phần thấy rõ của quang phổ xuất hiện sắc màumm-500mbước sóng từ 340 của dạng hổ phách.
PC hấp thụ phần cực tím của quang phổ và cho thấu qua nó phần hồng ngoại của quang phổ , mức độ cho qua tới 90%.
Độ trong suốt của PC phụ thuộc vào độ sạch của nguyên liệu ban đầu và công nghệ gia công.
3. Ứng dụng.
PC là loại vật liệu có cấu trúc tinh thể từng phần, quá trình kết tinh khó khăn và xảy ra ở từng khu vực nhỏ. Trong quá trình nhiệt luyện lâu vật liệu có khả năng kết tinh song sự kết tinh đó không ảnh hưởng đến hình dạng bên ngoài cũng như tới tỉ trọng và độ ổn định kích thước sản phẩm. Mặc dù quá trình nhiệt luyện xảy ra thấp hơn so với nhiệt độ làm mền. Đây là hiện tượng khác biệt hẳn so với các chất dẻo khác như PE, PA .
Gia công PC tiến hành bằng các phương pháp thông thường : đúc phun, đùn, ép. Trước khi gia công PC cần được sấy khô 120oC , với thời gian từ 4h-20h tuỳ theo độ ẩmàcẩn thận , nhiệt độ xấy là 110 của vật liệu. Nếu gia công mà không sấy sản phẩm sẽ có bọt khí, tróc lớp và bị giòn.
PC có độ nhớt cao, khi gia công ở các máy có công đoạn làm nhuyễn vật liệu ta có thể cho thêm các phế liệu không quá 10%.
PC dùng để chế tạo ống cứng, ống mềm thanh định hình, màng các bình đựng dung tích.
Nhiệt độ làm mềm là 135-140oC, nhiệt độ tạo hình bằng chân không là 165-215oC , nhiệt độ để hàn 218-250oC, nhiệt độ để đùn 245-305oC, nhiệt độ đúc phun 270-310oC . Nhiệt độ trên 330oC có hiện tượng đoản mạch do tác dụng của các tạp chất có độ ẩm cao hoặc nung quá lâu ở nhiệt độ cao. Đoản mạch dẫn đến giảm độ nhớt vật liệu sẫm lại , có mùi phenol , giòn.
PC có thể gia công trên bất kì loại máy đúc phun nào song phễu cấp nhiên liệu phải được nung nóng ở nhiệt độ 110-120oC và dùng vòi phun luôn mở, xilanh và vòi phun cần được nung nóng, áp suất đúc từ 900-1300 KG lực, kênh giót vào khoang khuôn phải ngắn và rộng , được tôi và mặt khuôn phải được đánh bóng. Nhiệt độ khuôn đúc 80-120oC, khuôn có hình dáng phức tạp, diện tích lớn, thành mỏng. Nếu quá trình đúc có định hướng lớn , ứng suất định hướng cao ta tăng nhiệt độ xilanh , áp suất đúc tăng.
Nhiêt độ khuôn cao thì độ co ngót sẽ tăng sản phẩm dễ bị cong vênh do nhựa dính chặt vào khuôn.
Khi gia công chế độ công nghệ bị phá vỡ dễ gây ra nội ứng suất (ứng suất dư), ứng suất đó có thể loại bỏ được bằng việc tiếp tục nung thêm sản phẩm ở nhiệt độ 130-135oC , thời gian nung là 12h nếu sản phẩm có bề dày dưới 3mm và nếu sản phẩm có bề dày trên 3mm thì thời gian nung là 24h hoặc trong một số trường hợp người ta có thể nung trong khoảng thời gian ngắn hơn ở nhiệt độ 170oC trong thời gian 1-4 phút.
Với công nghệ đùn thì dùng máy L/D = 15.Trục vít không cần nung , không cần làm nguội và hệ số nén là (2,4/1). Giữa trục vít và đầu đùn là bộ lọc nhiều lớp để vật liệu được đồng nhất và loại bớt bọt khí, nhiệt độ tăng dần từ cửa nhập liệu đến đầu đùn sau đó giảm dần từ cửa vào đến cửa ra cuả đầu đùn.Khi kết thúc công việc ta lấy hết nhựa trong máy ra, dùng nhựa PE làm sạch.
Nhựa PC có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp nhờ tính trội của nó về cơ học, tính cách điện. Nhựa PC dùng trong công nghiệp điện tử và radio với danh nghĩa là vật liệu cách điện vật liệu kết cấu: dùng để sản xuất thân lõi cuộn dây cho biến thế, tụ điện , công tắc cầu chì cho tivi, các chi tiết của thân thiết bị đo, dùng làm các bộ phận của máy điện thoại. Trong ngành chế tạo máy được dùng làm thân máy, giá đỡ tay treo bánh răng, biên dạng cam, các chi tiết trong máy lạnh, máy nén khí dùng để sản xuất khí.
Nhờ độ bền nhiệt cao , tính chất quang học tốt nó được dùng để chế tạo đèn chiếu sáng , ống chiếu sáng , đèn hiệu,gương phản xạ, gương lồi ngoài ra còn được làm đĩa hát, đĩa từ , đồ chơi. Trong ngành y tế dùng để sản xuất các dung tích , chén đĩa, khay … là những vật liệu cần khử trùng ở nhiệt độ cao hay dung dịch sát trùng.
Màng PC được sử dụng cách điện cho biến thế , cuộn cảm ứng để chế tạo màng cách cho tụ điện, sản xuất phao cứu sinh hoặc dùng để đóng gói vớu mục đích chuyên dùng.
Các chi tiết dùng PC có thể gia công cơ như tiện , khoan phay, bào đánh bóng, các sản phẩm từ nhựa PC cũng giống các chất dẻo khác có thể tạo màu, có thể trộn thêm các vật liệu khác.
PC là loại nhựa mới có tính năng chịu nhiệt cao, độ trong đạt 90%, được vinh dự gọi là kim loại trong. Có độ cứng và độ bền, tính năng chịu va đập lớn, tính ổn định kích thước cao và có dải nhiệt rất rộng, tính năng cách điện tốt, chịu nhiệt và không độc, có thể gia công bằng đùn hoặc ép phun. Tính năng nhiệt của PC lớn, có thể sử dụng lâu dài ở dải nhiệt -100oC đến 130oC. Bị dòn ở dưới -100oC.
Tuy nhiên tính năng dễ rạn nứt và chịu hoá chất kém, ở nhiệt độ cao bị bay hơi, tính năng phối trộn với các loại nhựa khác kém, tính năng trơn bóng không tốt, nhưng nếu trộn với loại nhựa khác hoặc bổ sung phụ gia vô cơ, có thể đạt được tính năng vô cùng ưu việt.
Ứng dụng rộng rãi trong:
Chiếu sáng quang học: Sản xuất chao đèn cỡ lớn, kính bảo hộ, ống nhìn phải trái của thiết bị quang học, sử dụng rộng rãi cho vật liệu trong trên máy bay.
Đồ điện, điện tử: Vật liệu cách điện trên 120oC, dung cho linh kiện cách điện ổ cắm, khung bên ngoài, ổ cắm, ống cách điện, vỏ máy điện thoại và linh kiện, vỏ pin đèn mỏ. Có thể sử dụng sản xuất linh kiện có độ chính xác cao, như đĩa quang, điện thoại, máy vi tính, máy ghi hình, tổng đài điện thoại, máy phá sóng vv…. Màng PC có thể ứng dụng rộng rãi làm bộ lưu điện, ví cách điện, đĩa CD, DVD vv,,,
Thiết bị máy móc: Sản xuất các loại bánh răng, dây có rãnh, bánh xe, bánh răng, vòng bi, vòng lồi, ốc vít, tay đòn, trục khửu, cũng để làm 1 số vỏ máy móc thiết bị, nắp đậy và vỏ máy vv…
Thiết bị y tế: Sản xuất cốc, ống, bình trong y tế và thiết bị nha khoa, thiết bị bảo quản dược phẩm và máy móc phẫu thuật, thậm chí làm thận nhân tạo, phổi và tạng nhân tạo.
Các loại khác: Giá đỡ bên trong tấm 2 lớp, kính bảo ôn. Làm ống kéo sợi trong ngành dệt, con thoi. Vật dụng thong thường làm bình sữa, dụng cụ thìa dĩa, mô hình đồ chơi vv..
Nhược điểm: Kháng thời tiết và hoá chất kém.
