Bài 5: Vật liệu phi kim loại SVIP

I. PHÂN LOẠI VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI

- Ngành cơ khí dùng nhiều vật liệu phi kim loại vì tính cách điện, cách nhiệt, nhẹ, chịu ăn mòn tốt.

- Vật liệu phi kim loại có độ bền cao hơn được chế tạo để thay thế kim loại trong các chi tiết máy, giảm trọng lượng của máy.

- Các ngành giao thông vận tải, hàng không, vũ trụ là những lĩnh vực có nhu cầu sử dụng vật liệu phi kim loại.

- Vật liệu phi kim loại được phân loại dựa vào cấu tạo, tính chất, thường dùng trong ngành cơ khí:

+ Nhựa nhiệt dẻo.

+ Nhựa nhiệt rắn.

+ Cao su.

II. TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI

1. Tính chất cơ học

- Vật liệu phi kim loại thường có tính đàn hồi.

- Vật liệu phi kim loại mềm hơn kim loại và hợp kim, ngoại trừ kim cương.

2. Tính chất vật lí

- Khối lượng riêng của các vật liệu phi kim loại nhỏ hơn các vật liệu kim loại.

- Vật liệu phi kim loại là chất cách điện, không hỗ trợ dẫn nhiệt và điện.

- Ở nhiệt độ phòng, các vật liệu phi kim loại thường ở thể rắn hoặc khí, trừ brom là phi kim duy nhất ở thể lỏng.

- Các vật liệu phi kim loại có thể đun sôi và nóng chảy ở nhiệt độ tương đối thấp.

3. Tính chất hóa học

- Vật liệu phi kim loại không bị oxi hoá hoặc ăn mòn trong môi trường acid, muối,...

- Tuy nhiên, chất lượng của chúng sẽ giảm dần do sự lão hoá dưới tác dụng của:

+ Nhiệt độ, độ ẩm.

+ Tia cực tím, bức xạ, ozone, điện, vi sinh vật,...

4. Tính công nghệ

- Vật liệu phi kim loại được gia công bằng nhiều phương pháp khác nhau như đùn, đúc phun, thổi, ép,... tùy thuộc vào loại vật liệu.

- Công nghệ đùn thường được sử dụng cho loại vật liệu nhiệt dẻo và cao su; đúc phun được sử dụng cho nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn và cao su; đúc thổi được sử dụng cho nhựa nhiệt dẻo.

III. MỘT SỐ VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI THÔNG DỤNG

1. Nhựa nhiệt dẻo

- Nhựa nhiệt dẻo là một loại hợp chất cao phân tử. Chúng là chất lỏng dưới tác dụng của nhiệt độ cao và đóng rắn lại khi làm nguội.

- Nhựa nhiệt dẻo có nhiệt độ nóng chảy thấp, nhẹ, không dẫn điện, không bị oxi hoá và ít bị tác động của hoá chất. Chúng dễ pha màu, gia công và có khả năng tái chế.

- Trong ngành cơ khí, nhựa nhiệt dẻo được sử dụng để chế tạo bánh răng, ổ trượt, bu lông, ốc vít nhựa trong một số máy móc.

2. Nhựa nhiệt rắn

- Nhựa nhiệt rắn là hợp chất cao phân tử, hoá rắn ngay sau khi được ép dưới áp suất, nhiệt độ gia công, không thể nóng chảy hay hoà tan trở lại được nữa.

- Nhựa nhiệt rắn chịu được nhiệt độ cao, có độ bền cao, nhẹ, không dẫn điện, không dẫn nhiệt và không có khả năng tái sinh.

- Trong ngành cơ khí, nhựa nhiệt rắn được dùng để chế tạo:

+ Các chi tiết của máy bay, tàu thuyền.

+ Ống dẫn hoá chất, bể chứa hoá chất.

+ Thanh nẹp chịu nhiệt của các loại bếp, lò điện,...

3. Cao su

- Cao su là hợp chất cao phân tử gồm 2 loại:

+ Cao su thiên nhiên: thường được chế biến từ nhựa cây cao su.

+ Cao su nhân tạo: thường được chế biến từ than đá, dầu mỏ.

- Cao su có tính đàn hồi cao, độ giãn dài lên đến 700% đến 800%, cách nhiệt, cách âm tốt và khả năng giảm chấn động tốt.

- Trong ngành cơ khí, cao su được sử dụng cho:

+ Săm lốp, ống dẫn.

+ Phần tử đàn hồi của khớp, trục, đai truyền,...

IV. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐƠN GIẢN NHẬN BIẾT TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU PHI KIM LIỆU

1. Quan sát đặc trưng quang học

- Các loại vật liệu phi kim loại có thể được phân biệt bằng đặc trưng quang học như trong suốt hay đục mờ.

- Nhựa nhiệt rắn thường có tính chất trong suốt, một số nhựa nhiệt dẻo như PVC, PS, PMMA, PC,... cũng có tính chất trong suốt.

- Các loại nhựa khác như HDPE, LDPE, PP, PTFE, PA,... lại có tính đục mờ.

2. Xác định khối lượng riêng

- Khối lượng riêng của các vật liệu phi kim loại có thể xác định bằng cân.

- Chúng tương đối nhẹ, dao động từ 0,9 g/cm³ đến 2 g/cm³.

3. Phá hủy của mẫu khi chịu tác động cơ học

- Búa đập được dùng để phân biệt tính giòn của các vật liệu.

- Các loại nhựa nhiệt rắn thường có tính giòn, còn các loại nhựa nhiệt dẻo và cao su mềm dẻo thì không vỡ khi bị đập.