Các trạng thái vật lý của polymer

CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ CỦA POLYMER

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
KHOA DẦU KHÍ
BỘ MÔN LỌC HÓA DẦU
CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ CỦA POLYMER
1.Kim Thanh Hà
2.Trần Thủy Giang
3. Nguyễn Quốc Cường
4. Nguyễn Minh Giang
5. Nguyễn Ngọc Cương
Nhóm sinh viên thực hiện
Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS.BÙI THỊ LỆ THỦY

NHỮNG TÍNHCHẤTCƠLÝĐẶCBIỆTCỦAPOLYME
Những trạng thái vật lý của polyme
sẽ giúp ta hiểu rõ hơn về polyme
Ý nghĩa

Nội dung
1
2
SỰ BIẾN DẠNG CỦA POLYME
CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ

1 SỰ BIẾN DẠNG CỦA POLYME
1#
CÁC KHÁI
NIỆM MỞ
ĐẦU
2#
MỘT SỐ BIẾN
DẠNG CỦA
POLYME

1
1# ĐỘ BIẾN DẠNG
Là khả năng của vật thể chống lại biến dạng
và phục hồi hình dạng ban đầu khi tác dụng
lực bên ngoài .
Phân loại
ĐÀN HỒI
Hình dạng được
phục
hồi hoàn toàn.
ĐÀN HỒI DẺO *
chỉ phục hồi một
phần .
*Đàn hồi dẻo hay còn gọi là đàn hồi nhớt

1
2# SỰ BIẾN DẠNG
BIẾN DẠNG THUẬN NGHỊCH
Phân tử biến dang sẽ phục hồi lại hình dạng ban đầu
khi ngừng tác dụng lực bên ngoài .
#biến dạng đàn hồi
BIẾN DẠNG KHÔNG THUẬN NGHỊCH
Phân tử giữ nguyên được hình dạng biến dạng sau
khi ngừng tác dung lực bên ngoài.
# chất dẻo

3# CHẤT ĐÀN HỒI
Chất kết tinh
Thay đổi hình dạng và biến dạng thuận nghịch không lớn.
Độ đàn hồi của tinh thể mang bản chất năng lượng.
Và khi biến dạng thì chất có cấu trúc vô định hình.
Cao su
Vật thể chỉ cần một lực nhỏ bên ngoài tác dụng
có khả năng biến dạng vài trăm phần trăm.
#nhựa
Mô đun đàn hồi : Đặc trưng cho độ đàn hồi
𝝈 =
𝑭
𝑨
F : là lực tác dụng lên vật thể A: Tiết diện của mẫu .
1

4# ỨNG SUẤT
E : Gọi là mô đun đàn hồi 𝜺 : Biến dạng tương đối.
 Vật liệu có bản chất năng lượng thì có mô đun đàn hồi lớn.
 Vật liệu có bản chất động học thì có mô đun nhỏ .
Sự khác nhau giữa hai bản chất là phụ thuộc vào nhiệt độ và
hiêu ứng nhiệt khi biến dạng
1

1 SỰ BIẾN DẠNG CỦA POLYME
1#
CÁC KHÁI
NIỆM MỞ
ĐẦU
2#
MỘT SỐ BIẾN
DẠNG CỦA
POLYME
1

1
MỘT SỐ BIẾN DẠNG CỦA POLYME
2
3
4
Sự biến dạng dẻo và chảy nhớt
Biến dạng đàn hồi cao
Hiện tượng phục hồi
Hiện tượng trễ

1SỰ BIẾN DẠNG DẺO VÀ CHẢY NHỚT
Định nghĩa
là trường hợp đặc biệt của sự biến dạng dư , tăng liên tục
khi tác dụng một ứng suất tiếp tuyến không thay đổi ở polymer.
Đặc điểm
 Tính chất của vật thể rắn và lỏng.
 Độ nhớt của dung dịch rất cao
 Khả năng polyme trương lên trong khi hòa tan
 Khả năng thể hiện rất mạnh tính bất đẳng hướng

Mô hình thể hiện tính dẻo của chuỗi polymer

1
1
MỘTSỐ BIẾN DẠNG CỦA POLYME
2
3
4

1
BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI CAO
Định nghĩa
là sự duỗi thẳng của các mạch dài gấp khi có lực ngoài và
trở về trạng thái khi cất lực
Điều kiện xuất hiện
 Phân tử chuỗi polymer cần có độ uốn dẻo đủ lớn
 Tốc độ thay đổi cấu dạng cần phải cao
1

11
1
MỘT SỐ BIẾN DẠNG CỦA POLYME
2
3
4

HIỆN TƯỢNG PHỤC HỒI
Định nghĩa
Quá trình chuyển từ trạng thái không cân bằng sang
trạng thái cân bằng theo thời gian
Thay đổi chớp nhoáng các góc hóa trị và khoảng cách giữa các nguyên tố
Với lực và mô-đun đàn hồi lớn .
Sự duỗi thẳng của các phân tử gấp khúc

Đặc điểm
Phụ thuộc vào ứng suất lực đặt ,vào thời gian tác dụng của lực.
Sự hồi phục này gọi là sự hồi phục biến dạng

HIỆN TƯỢNG TRỄ
Định nghĩa
Nguồn gốc từ hiện tượng hồi phục đàn hồi cao khi có lực
tác dụng và khi cất lực tác dụng lên mẫu.
Bản chất của hiện tượng
Sự lệch nhau về độ biến dạng thuận và nghịch là do sự biến
dạng phát triển chậm hơn là sự thay đổi ứng suất.

Hai đường biến dạng này không trùng nhau tạo nên vòng trễ.
Độ lớn vòng trễ là sự khác nhau của hai diện tích OMC và CMD :
S = 𝝈₁𝒅𝜺
𝜺₂
𝟎
+ 𝝈₂𝒅𝜺
𝜺₁
𝜺
σ₁ là ứng suất khi tăng σ₂ là ứng suất khi giảm
𝛆
𝛔
𝜺2
𝜺1

CÁC TRẠNG THÁI VẬT LÝ
1# TRẠNG THÁI TỔ HỢP VÀ TRẠNG THÁI PHA
2# TRẠNG THÁI THỦY TINH HÓA
3# TRẠNG THÁI ĐÀN HỒI CAO
4# TRẠNG THÁI CHẢY NHỚT
5# TRẠNG THÁI KẾT TINH

TRẠNGTHÁITỔ HỢP
Trạng thái khí
Dao động, tiệm tiến và quay, mật độ tổ hợp nhỏ
Trạng thái rắn
Mật độ tổ hợp cao, khoảng cách giữa các phân tử nhỏ,
không có sự chuyển động tiệm tiến và quay.
Trạng thái lỏng
Có tính chất chuyển động như thể khí và
mật độ tổ hợp như thể rắn
*khác nhau về tính chất chuyển động và mật độ tổ hợp

TRẠNG THÁI PHA
Định nghĩa
Là hệ khác nhau về bề mặt phân chia, về những tính
chất nhiệt động học.Pha có thể dễ tách ra khỏi nhau.
Phân loại
 Pha tinh thể: đặc trưng bằng bậc xa ba chiều của sự phân
bố các nguyên tử hay phân tử.
 Pha lỏng : không có mạng lưới tinh thể, có mật độ tổ hợp
giống như là ở pha tinh thể.
#pha vô định hình
 Pha khí : chuyển động hoàn toàn hỗn độn của các phân tử,
nghĩa là không có bậc nào cả.

TRẠNG THÁI PHA &TRẠNG THÁI TỔ HỢP
GIỐNG NHAU
 Trạng thái khí và pha khí
cùng nhau.
 Trạng thái rắn tương ứng
với hai pha: tinh thể và vô
định hình.
 Pha lỏng gồm hai trạng
thái tổ hợp: rắn* và lỏng*.
KHÁC NHAU
 Trạng thái tổ hợp :năng
lượng tương tác và
chuyển động nhiệt.
 Pha : tính chất nhiệt
động học, như năng
lượng tự do, tỷ khối…
rắn *ở dạng thủy tinh
lỏng *ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy.

SỰ CHUYỂN PHA
Định nghĩa : Sự chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác
có liên quan đến những thay đổi về hình thái sắp xếp của các
phân tử và thay đổi tính chất nhiệt động học
Phân loại

Chuyển pha loại 1: Thay đổi nhảy vọt tính chất nhiệt động học , đặc
trưng là thay đổi entanpy của hệ. những chuyển pha loại này như là :
nóng chảy, kết tinh, ngưng tụ, bay hơi .
Chuyển pha loại 2: Không có sự thay đổi nhảy vọt mà thay đổi từ từ
các tính chất nhiệt động. không có ẩn nhiệt của sự chuyển pha.

ĐƯỜNG CONG CƠ NHIỆT
Định nghĩa: Sự phụ thuộc độ biến dạng vào nhiệt độ được
xác định trên máy Koncistometer.
Ba vùng biến dang đặc trưng cho ba trạng thái vật lý khác nhau

Vùng I : Thủy tinh
Sự biến dạng rất nhỏ với độ lớn tỷ lệ vào nhiêt độ ở giá trị ứng suất
không lớn, polymer như là vật rắn chủ yếu tuân theo định luật Hook.
Vùng II :Đàn hồi cao
Có sự biến dạng thuận nghịch.
Ít thay đổi với nhiệt độ và có modun đàn hồi không lớn.
Biến dạng có kèm theo biến dạng chảy tăng theo nhiệt độ.
Vùng III : Chảy nhớt
Nhiệt độ tăng làm tăng sự biến dạng không thuận nghịch
Nhiệt độ chuyển từ trạng thái đàn hồi cao sang chảy nhớt
là nhiệt độ trung bình

Phụ thuộc vào cấu trúc của polyme, khối lượng phân tử, nhiệt
độ…
Trong kỹ thuật, phương pháp cơ nhiệt có thể dùng để nghiên
cứu ảnh hưởng của các chất phụ gia khi đóng rắn polyme.

1.Đặc tính của polyme thủy tinh hóa
2.Sự biến dạng đàn hồi bắt buộc

Khả năng thủy tinh hóa
Tỉ lệ năng lượng tương tác nội và
giữa các phần tử với năng lượng
chuyển động nhiệt của các mắt xích
polyme.
Đặc điểm 1.Khi làm lạnh một chất nóng chảy có thể
tìm thấy tinh thể hay thủy tinh.
2.Sự chuyển chất lỏng thành thủy tinh
không phải là sự chuyển pha.
3. Vật thể thủy tinh khác với thể lỏng : Độ
linh động và trạng thái năng lượng.
Tính chất 1.Liên quan chặt chẽ với độ uốn dẻo
2.Khác polyme thủy tinh thường là khả năng
biến dạng giảm, tinh giòn và đàn hồi tăng .

Định nghĩa
“Sự biến dạng lớn được phát triển trong trong
polyme thủy tinh khi có ứng suất lớn”.
Chỉ xuất hiện dưới ảnh hưởng của ứng suất lớn.
Có tính chất thuận nghịch.

Ứng suất tới hạn σth là ứng suất đạt được độ lớn của năng
lượng hoạt hóa hay là ứng suất mà tốc độ biến dạng bằng
tốc độ phục hồi.

Nhiệt độ giòn Td :nhiệt độ mà polyme thủy tinh mất đi khả năng
biến dạng lớn và bị phá hủy ngay khi có biến dạng nhỏ.
Các yếu tố phụ thuộc
1.Cấu trúc polyme.
2.Độ phân cực : Không phân cực :Ttt thấp. Phân cực mạnh :Ttt
cao

Đặc trưng cho polyme có độ uốn dẻo cao của phân tử.
Được xem là lỏng đối với các mắt xích và là thủy tinh đối với toàn
phân tử.
Trạng thái đàn hồi cao là trạng thái không cân bằng.

Điều kiện xuất hiện
1# Độ uốn dẻo phân tử polyme đủ lớn.
2# Tốc độ thay đổi hinh dạng của polyme.
Yếu tố ảnh hưởng
 Sự thay đổi cấu dạng : dao động hỗn độn ở dạng
liên kết hóa học và chuyển chỗ của các đồng phân
quay .
 Thành phần hóa học và cấu trúc phân tử.
 Bản chất lực tương tác, bản chất phân bố trật tự
các phân tử và nhiệt độ.

Sự phụ thuộc độ biến dạng đàn hồi cao vào nhiệt độ khác nhau
( t1>t2>t3 )

*Xác định bởi sự thay đổi nội năng và
entropi đối với sự biến dạng.
*năng lượng tự do
BIẾN DẠNG ĐÀN HỒI CAO & BIẾN DẠNG THƯỜNG
Nếu biến dạng chậm
xác định chủ yếu
bằng thành phần
entropi.
Nếu biến dạng
nhanh bằng
thành phần nội
năng.

Định nghĩa
Là sự chuyển chỗ không thuận nghịch của các phân tử đối
với nhau khi có tác dụng của lực ngoài và trong chất hình
thành lực ma sát nội chống lại sự chuyển chỗ của các
phân tử.
Tính chất
Sự biến dạng là không thuận nghịch.
Tính chảy của polyme càng cao, mức độ trùng hợp càng
thấp, nhiệt độ càng cao và lượng chất thấp phân tử càng
lớn.

Sự chuyển chỗ mạch polyme dựa trên năng lượng hoạt hóa .
Nhiệt hoạt hóa tính theo sự phụ thuộc nhiệt độ của hệ số độ
nhớt:
lgŋ = lgA +
∆𝐇 𝐜𝐧
𝟐,𝟑𝟎𝟑.𝐑𝐓
˗
∆𝐒 𝐜𝐧
𝟐,𝟑𝟎𝟑.𝐑
CƠ CHẾ

Đặc điểm của sự chảy
Là chuyển chỗ liên tục
Các mắc xích của mạch hay của những phần của mạch .
Chứng tỏ nhiệt hoạt hóa không phụ thuộc vào chiều dài của mạch.
Luôn kèm theo biến dạng đàn hồi cao
Do duỗi thăng hay gấp khúc mạch.
Phụ thuộc vào độ nhớt
Độ nhớt lại phụ thuộc nhiều vào chiều dài mạch.
Xảy ra với mạch uốn dẻo
Có cấu dạng khác nhau ,mạch cứng xảy ra khó khăn.
Nhiệt độ chảy nhớt
Phụ thuộc vào chế độ biến dạng và khối lượng phân tử.

Cơ chế quá trình kết tinh
Là quá trình hình thành phôi (hay mầm) của pha kết tinh
trong pha vô định hình và sự lớn dần của các phôi đó.
Quá trình kết tinh là sự chuyển pha.
Tốc độ kết tinh
Là lượng chất kết tinh trong một đơn vị thời gian.
Phụ thuộc vào:
1. Tốc độ tạo thành trung tâm hay phôi kết tinh .
2.Tốc độ lớn của chúng.
Note: Sự kết tinh thường không bắt đầu
ở nhiệt độ nóng chảy mà thấp hơn.

Sự kết tinh là sự chuyển từ bậc gần tới bậc xa của các mạch
và các mắc xích, nghĩa là sự chuyển pha.Khác với thủy tinh
hóa.

YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG KẾT TINH
1
Có cấu trúc mạch điều hòa lớn có khả năng kết tinh
Cấu trúc mạch không điều hòa không có khả năng kết tinh.
2
Nhóm phân cực trong phân tử, sự định hướng dễ thì
sự kết tinh càng dễ dàng.
Tương tác phân tử càng lớn, độ nhớt của hệ càng lớn
tốc độ kết tinh lại giảm.
3
Chuyển động nhiệt của các mắt xích hay độ uốn dẻo mạch.
Lực hút các phẩn tử và sự chuyển động nhiệt của phân tử.

HẾT RỒI
Cảm ơn cô và các bạn
đã lắng nghe và theo dõi.

Các trạng thái vật lý của polymer

More Related Content

What's hot

Viewers also liked

Similar to Các trạng thái vật lý của polymer

Các trạng thái vật lý của polymer