Kỹ thuật gia công chất dẻo
Nội dung :

• Chương I: Đại cương về chất dẻo

• Chương II: Vật liệu chất dẻo, tính chất và ứng dụng

• Chương III: Các chất phụ gia cho chất dẻo

• Chương IV: Cac phuong phap gia công chất dẻo
• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.1 Khái niệm chất dẻo :

Chất dẻo bao gồm các nhóm lớn vật liệu được cấu tạo hoàn toàn hoặc một
phần từ các polyme và có các giai đoạn gia công với tính chất dẻo.

Polyme là những hợp chất mà phân tử của chúng gồm những nhóm nguyên tử
được nối với nhau bằng liên kết hóa học và lặp đi lặp lại nhiều lần tạo thành
những mạch dài có khối lượng phân tử lớn.

Tính dẻo là khả năng của vật liệu đối với sự biến dạng đàn hồi, sự thay đổi hình
dạng vật thể dưới tác động của lực cơ học bên ngoài không làm phá vỡ liên kết
giữa các phần tử, trong khi đó hình dạng mới được giữ nguyên sau khi ngừng
tác động bên ngoài.

VD: -CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl- (PVC)

Polyetylen
(PE)
Polystyren
(PS)

• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.2 Lịch sử phát triển

Tuy nhiên sự phát triển của vật liệu polymer vẫn tiếp tục được đẩy mạnh thậm
chí sau khi chiến tranh kết thúc. Epoxy được tổng hợp vào năm 1947,
acrylonitrile-butadiene-styren (ABS) 1948, polyurethane ( tổng hợp đầu tiên tại
Đức 1937) được sản xuất đại trà tại Mỹ sau chiến tranh thế giới thư 2. Với việc
phát minh ra xúc tác Ziegle-Natta vào năm 1950, polyethylene mạch thẳng
(linear PE) và polypropylene stereoregular đã được tổng hợp thành công. Trong
năm đó acetal, polyethylene terephthalate, polycarbonate cũng được tổng hợp.
2 thập kỷ sau một số các polymer có khả năng chịu nhiệt cao như
poly(phenylene oxide) PPO, polysulfones, polyimides, polyamide-imides và
polybenzimidazoles đã được phát triển thành công.

• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.1 Lịch sử phát triển

Polyme tổng hợp đầu tiên , phenol-formaldehyde được tổng hợp bởi L.H.
Baekeland năm 1909 gần 4 thập kỷ sau khi J.W.Hyatt đã phát triển thành công
polyme cellulose nitrite bằng cách biến tính từ polymer tự nhiên cellulose. Tuy
nhiên ý tưởng tổng hợp và đưa các đại phân tử phân tử polymer vào ứng dụng
đại trà chưa có tại thời điểm đó cho đến năm 1924, khi Hermann Staudinger
đưa ra polystyrene và cao su tự nhiên. Sau đó không lâu, một loạt các vật liệu
polymer đã được tổng hợp thành công PVC, cellulose acetate ( 1927), ure-
formaldehyde nhựa (UF).

1938, nylon 6,6 được sản xuất bởi công ty Du Pont ( người tổng hợp đẩu tiên là
W.H. Carothers năm 1935 và I.G. Farbben bắt đầu sản xuất nylon-6 (perlon)
vào năm 1938 đi từ caprolactam, polymer đầu tiên được tổng hợp theo phương
pháp trùng hợp mở vòng. Trước chiến tranh thế giới thứ hai, chứng kiến nhiều

polymer quan trọng đã được đưa vào sản xuất và thương mại hóa như : acrylic
và poly(vinly acetate) 1936, polystyrene 1938, melamine-formaldehyde 1939 và
polyethylene , polyester 1941. Viễn cảnh về những ứng dụng của polymer trong
quân sự đã thúc đẩy sự phát triển của nhiều polymer.


• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.2 Tính chất và ứng dụng của chất dẻo:

Vào năm 1843, Ebonit là vật liệu chất dẻo đầu tiên được ứng dụng trong công
nghiệp làm các vật liệu cách điện và chế tạo các sản phẩm nhỏ. Ngày nay vật
liệu chất dẻo đang được sử dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực để phục vụ đời
sống hàng ngày. Sự phát triển nhanh của công nghiệp chất dẻo được giải thích
do các ưu điểm sau :

• Dễ tạo hình
• Dễ nhuộm màu
• Cách nhiệt, cách điện tốt, cách âm
• Có độ bền cơ học cao, bền nhiệt cao, độ mềm dẻo, độ bền va đập cao, độ bền
ma sát, độ bền mài mòn cao
• Độ bền hóa học tốt
• Dễ hàn dán
• Hình dáng bên ngoài đẹp, nhiều chất dẻo trong suốt
• Nguyên liệu sản xuất không đắt
• Quá trình gia công chất dẻo không phức tạp và rẻ tiền
• Xây dựng các nhà máy để sản xuất và gia công chất dẻo không đòi hỏi tốn
kém mà thu hồi lại được vốn nhanh.

• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.3 Tính chất và ứng dụng của chất dẻo:


Nhược điểm :
• Chậm đàn hồi ở điều kiện lạnh dưới tác dụng của lực cơ học
• Độ bền nhiệt thấp
• Giảm độ bền khi có lực tác động lên
• Nhanh lão hóa hơn so với các vật liệu khác
• Hệ số giãn nở nhiệt lớn
• Dễ bắt cháy

Ứng dụng :
• Trong kỹ thuật điện : vật liệu cách điện, vỏ thiết bị, máy móc
• Trong giao thông: công nghiệp chế tạo oto, làm vỏ tầu thuyền và các phương
tiện giao thông khác
• Trong lĩnh vực xây dựng, chất dẻo được dùng làm các vật liệu cách điện, cách
nhiệt, làm tường bao bọc
• Một vài loại chất dẻo trong suốt, có tính chất nâng cao, trong công nghiệp
quang học, nhiều loại kính thuỷ tinh được thay thế bằng kính hữu cơ với các
màu sắc khác nhau, các kính này rẻ và nhẹ hơn.
• Ngành cơ khí : thay thế chi tiết kim loại bằng nhựa
• Ngành y học , giải trí, nông nghiệp, chế biến thức ăn, văn phòng phẩm, đồ
dùng gia đình.


• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.2 Phân loại chất dẻo

Hiện nay, các mặt hàng chất dẻo được tung ra trên thị trường rất lớn. Cùng một
thàh phần và tính chất, vật liệu được sử dụng ở nhiều nước khác nhau với tên
gọi khác nhau, vì thế việc phân loại chất dẻo theo đơn vị chung là cần thiết.
Nhiều người phân loại chất dẻo theo các nguyên lý khác nhau, theo tính chất

giống nhau, theo phương pháp điều chế Phân loại theo phương pháp tổng
hợp polyme là thông dụng nhất. Theo cách này, chất dẻo được chia ra theo các
loại trên cơ sở polyme được nhận bằng cách sau:
• Trung hợp chuỗi : PE, PP, PVC, PS, PMMA ….
• Trung hợp giai đoạn và trùng ngưng : UF, EP, UP …
• Biến tính hóa học polyme.
• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.3 Phân loại chất dẻo

• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.2 Phân loại chất dẻo

• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.4 Phân loại chất dẻo và yếu tố ảnh hưởng đến chế độ gia công

• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.4 Phân loại chất dẻo và yếu tố ảnh hưởng đến chế độ gia công

• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.4 Phân loại chất dẻo và yếu tố ảnh hưởng đến chế độ gia công

• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.4 Phân loại chất dẻo và yếu tố ảnh hưởng đến chế độ gia công

• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.3 Phân loại chất dẻo và yếu tố ảnh hưởng đến chế độ gia công

• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.4 Phân loại chất dẻo và yếu tố ảnh hưởng đến chế độ gia công


• Chương I: Đại cương về chất dẻo
1.4 Phân loại chất dẻo và yếu tố ảnh hưởng đến chế độ gia công

• Chương II: Vật liệu chất dẻo, tính chất và ứng dụng
II.1 Nhựa nhiệt dẻo thông thường
II.1.1 Polyetylen (PE)

Monomer Phương pháp sản xuất Ứng dụng chủ yếu
Ethylene
LDPE : trùng hợp gốc tự do
LDPE : màng và tấm (55%),
gia dụng và đồ chơi (16%),
bọc cáp và dây dẫn (5%)
HDPE: trùng hợp xúc tác
Ziegle-Natta hoặc oxit kim
loại
HDPE: chai (40%), gia dụng,
hộp đựng, đồ chơi (35%),
ống dẫn (10%), màng và tấm
(5%)
• Chương II: Vật liệu chất dẻo, tính chất và ứng dụng
II.1 Nhựa nhiệt dẻo thông thường
II.1.1 Polyetylen (PE)

PE là polymer được ứng dụng nhiều nhất trong các nhựa nhiệt dẻo. Hai
loại chính của PE là high density PE (HDPE) và low density PE (LDPE).
PE có cấu trúc một phần vô định hình và một phần tinh thể. Mạch thẳng
giúp cho các phân tử dễ sắp xếp hơn dẫn đến độ kết tinh cao hơn. Do vậy
mạch nhánh làm giảm phần trăm tinh thể của PE. Phần tinh thể trong PE
tăng sẽ làm tăng khối lượng riêng, độ cứng, độ bền, độ bền nhiệt, khẳ

năng chịu hóa chất, độ bền dão, độ mờ đục nhưng làm giảm độ thấm khí,
độ bền va đập. Bảng 1.1 chỉ ra phần trăm tinh thể của 3 loại PE

Vật liệu Cấu trúc Khối lượng riêng
(g/cm
3
)
Độ kết tinh (%)
LDPE Mạch nhánh 0,912-0,94 50
LLDPE Mạch thẳng/ít
mạch nhánh
0,92-0,94 50
HDPE Mạch thẳng 0,958 90
• Chương II: Vật liệu chất dẻo, tính chất và ứng dụng
II.1 Nhựa nhiệt dẻo thông thường
II.1.1 Polyetylen (PE)

PE có khả năng chịu hóa chất rất tôt, không bị ảnh hưởng bởi acid, bazơ,
muối tuy nhiên PE bị tấn công bởi tác nhân oxi hóa. PE được sử dụng
rộng rãi vì giá thành thấp, dễ gia công, tính chất cách điện tốt, dai và dẻo
tại nhiệt độ thấp, không mùi và không độc, độ trong suốt thích hợp, độ
thấm hơi nước thấp đủ để ứng dụng trong công nghiệp bao bì, xây dựng
và nông nghiệp.
Thị phần ứng dụng chủ yếu của LDPE là bao bì và tấm, trong khi HDPE
được sử dụng chủ yếu trong các sản phẩm thổi khuôn (sữa chai, gia dụng,
chai đựng mỹ phẩm, thùng chứa dầu, xăng …), ống dẫn, bọc dây dẫn và
cáp .

• Chương II: Vật liệu chất dẻo, tính chất và ứng dụng
II.1 Nhựa nhiệt dẻo thông thường

II.1.1 Polyetylen (PE)

• Chlorinated Polyethylene
Clo hóa PE làm PE giảm độ kết tinh, mềm dẻo hơn, có tính chất cao su,
dễ tương hợp và hòa tan hơn. Hàm lượng clo hóa khoảng 22-26%. Tuy
nhiên thị trường của vật liệu này đã tăng nhanh bởi sự xuất hiện của
closulfur hóa (ClSO
2
) polyethyelene tổng hợp bởi clo hóa PE với sự xuất
hiện của SO
2
đã thế nhóm ClSO
2
vào mạch của PE.

Closulfur hóa LDPE chứa khoảng 27% clo, 1,5 % sulfur có độ dãn dài rất
cao, trên thị trường thường được gọi là cao su CSM có khả năng chịu
nhiệt , ozon, thời tiết tốt cùng khả năng chịu dầu và rất nhiều hóa chất
khác. CSM cao su thường dung trong vật liệu bao phủ vải, tấm màng, hệ
thống ống trong công nghiệp xây dựng, cũng như vỏ bao phủ cáp năng
lượng hạt nhân, cáp dàn khoan lấy dầu.

• Chương II: Vật liệu chất dẻo, tính chất và ứng dụng
II.1 Nhựa nhiệt dẻo thông thường
II.1.1 Polyetylen (PE)

• Cross-Linked Polyethylene
Tạo liên kết ngang mạch PE làm tăng khả năng chịu nhiệt do đó ứng dụng
trong vỏ bọc cáp điện và vật liệu bao phủ. Bọt LDPE đã tạo liên kết ngang
(cross-linked LDPE foam) ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp oto như

thảm, vật liệu cách âm , ống dẫn và phao nổi chở dầu.

• Linear low-density Polyethylene (LLDPE)
LDPE mạch thẳng (LLDPE) có cấu trúc khác với LDPE (mạch nhánh) và
giống với cấu trúc mạch thẳng của HDPE mặc dù LLDPE có độ kết tinh và
khối lượng riêng thấp hơn.
LLDPE có khả năng chịu chọc thủng, độ bền kéo, độ giãn dài, độ dai tại
nhiệt độ cao và thấp tốt hơn so với LDPE. LLDPE đang thay thế dần LDPE
trong rất nhiều ứng dụng. Màng LLDPE có nhiều tính chất vượt trội hơn so
với màng LDPE. Màng LLDPE có thể đạt được độ dày dưới 10 µm có độ
trong, bóng cao kết hợp với độ dai tốt. LLDPE màng đang ngày càng dùng
nhiều trong công nghệp bao bi thực phẩm như túi đựng đá.

• Chương II: Vật liệu chất dẻo, tính chất và ứng dụng
II.1 Nhựa nhiệt dẻo thông thường
II.1.1 Polyetylen (PE)

• Linear low-density Polyethylene (LLDPE)
Độ mềm dẻo và khả năng cản trở phát triển vết nứt do ứng suất (
environmental stress-crack resistance) kết hợp với độ bền va đập tại nhiệt
độ thấp cao khiến sản phẩm đúc phun từ LLDPE có nhiều ứng dụng trong
đồ gia dụng, đồ đựng. Ống đùn từ LLDPE sở hữu khả năng chịu vết nứt gây
bởi ứng suất và độ bền tốt.
Sản phẩm thổi từ LLDPE như đồ chơi, chai, trống có độ bền, mềm dẻo cao.
LLDPE cũng được ứng dụng nhiều trong công nghiệp bọc dây dẫn cáp, dệt
may.
Một vật liệu mới từ PE mạch thẳng có khối lượng riêng từ 0,890 đến 0,915
g/cm
3
với tên gọi very low density polyethyelen (VLDPE) được thương mại

hóa bởi Union Carbdie 1984. VLDPE nằm trong nhóm vật liệu có độ bền
thấp như ethylene vinyl acetate (EVA) copolymer, PVC hóa dẻo.

• Chương II: Vật liệu chất dẻo, tính chất và ứng dụng
II.1 Nhựa nhiệt dẻo thông thường
II.1.1 Polyetylen (PE)

• Linear low-density Polyethylene (LLDPE)
Độ mềm dẻo và khả năng cản trở phát triển vết nứt do ứng suất (
environmental stress-crack resistance) kết hợp với độ bền va đập tại nhiệt
độ thấp cao khiến sản phẩm đúc phun từ LLDPE có nhiều ứng dụng trong
đồ gia dụng, đồ đựng. Ống đùn từ LLDPE sở hữu khả năng chịu vết nứt gây
bởi ứng suất và độ bền tốt.
Sản phẩm thổi từ LLDPE như đồ chơi, chai, trống có độ bền, mềm dẻo cao.
LLDPE cũng được ứng dụng nhiều trong công nghiệp bọc dây dẫn cáp, dệt
may.

Một vật liệu mới từ PE mạch thẳng có khối lượng riêng từ 0,890 đến 0,915
g/cm
3
với tên gọi very low density polyethyelen (VLDPE) được thương mại
hóa bởi Union Carbdie 1984. VLDPE nằm trong nhóm vật liệu có độ bền
thấp như ethylene vinyl acetate (EVA) copolymer, PVC hóa dẻo.
VLDPE được ứng dụng làm phụ gia tăng độ bền va đập. Nó thường được
trộn với PP và HDPE để làm tăng độ bền xé đứt. Ngoài ra VLDPE với khả
năng tạo màng rất mỏng đã được ứng dụng làm găng tay sử dụng 1 lần,
màng phủ đồ nội thất

• Chương II: Vật liệu chất dẻo, tính chất và ứng dụng
II.1 Nhựa nhiệt dẻo thông thường

II.1.1 Polyetylen (PE)

• High Molecular Weigh High Density Polyethyelen
HMW-HDPE là PE mạch thẳng với trọng lượng phân tử trung bình khoẳng
200.000 đến 500.000. HMW-HDPE có độ nhớt cao vì trọng lượng phân tử
lớn vì vậy khó gia công cho nên trên thị trường HMW-HDPE được sản xuất
với dải rộng khối lượng phân tử. Sự kết hợp trọng lượng phân tử và khối
lượng riêng cao đem lại cho HMW-HDPE độ cứng cao, độ bền mài mòn, độ
chịu hóa chất khá tốt. Vì nhiệt độ nóng chảy cao nên khi gia công cần thêm
phụ gia chống oxi hóa và trợ gia công. HMW-HDPE thường được áp dụng
trong công nghệ đùn hiếm khi dùng trong công nghệ đúc phun.

Ứng dụng chủ yếu của HMW-HDPE là màng, ống dẫn chịu áp suất, sản
phẩm thổi khuôn lớn, tấm đùn. HMW-HDPE màng ứng dụng làm túi đựng
rác, màng phủ công nghiệp. Tấm từ HMW-HDPE được sử dụng làm vật
liệu ốp hồ bơi nhân tạo, bể chứa.

HMW-HDPE ống được sử dụng trong công nghiệp ống dẫn ga, nước, ống
bảo vệ cáp ngầm dưới đất, ống dẫn nước thải. Những bể chứa dung tích
lớn từ 50 gal đến 500 gal từ HMW-HDPE bằng phương pháp đúc thổi được
ứng dụng trong công nghiệp vận chuyển hóa chất độc hại.