Bài 5: Vật liệu phi kim loại | Công Nghệ Công Nghệ Cơ Khí | Chương II: Vật liệu cơ khí - Lớp 11 - Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống

(Trang 25)

Hình 5.1

Quan sát Hình 5.1 và cho biết các sản phẩm trên sử dụng vật liệu nào. Các vật liệu này có tên gọi chung là gì?

I - PHÂN LOẠI VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI

Trong ngành cơ khí, người ta dùng ngày càng nhiều các vật liệu phi kim loại (hay còn gọi là vật liệu không kim loại) vì chúng có một số ưu điểm mà vật liệu kim loại và hợp kim không thể thay thế được như tính cách điện, cách nhiệt, nhẹ, chịu ăn mòn hoá học tốt,... Ngày nay, ngành khoa học vật liệu đã chế tạo vật liệu phi kim loại có độ bền cao hơn để thay thế một số chi tiết máy bằng kim loại nhằm giảm nhẹ trọng lượng của máy, nhất là các máy phục vụ trong ngành giao thông vận tải, hàng không, vũ trụ,...

Dựa vào cấu tạo, tính chất; người ta phân loại vật liệu phi kim loại thường dùng trong ngành cơ khí như Hình 5.2.

Hình 5.2. Phân loại vật liệu phi kim loại

Khám phá

(Trang 26)

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

1. Tính chất cơ học

Vật liệu phi kim loại có tính đàn hồi nhưng không có tính dẻo. So với vật liệu kim loại và hợp kim, vật liệu phi kim loại mềm hơn, 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, do đó chúng không hỗ trợ dẫn nhiệt và điện. Ở nhiệt độ phòng, các vật liệu phi kim loại có thể được tìm thấy ở thể rắn hoặc thể khí, ngoại trừ brom là phi kim duy nhất có ở thể lỏng. Các vật liệu phi kim loại được đun sôi và nóng chảy ở nhiệt độ tương đối thấp.

3. Tính chất hoá học

Vật liệu phi kim loại không bị oxi hoá, không bị ăn mòn trong các môi trường acid, muối.... Tuy nhiên theo thời gian, chất lượng của vật liệu phi kim sẽ bị giảm dần do sự lão hoá dưới tác dụng của nhiệt độ, độ ẩm, tia cực tím, bức xạ, ozone, điện, hoá học, vi sinh vật,....

4. Tính công nghệ

Chất dẻo được gia công bằng nhiều phương pháp khác nhau như đùn, đúc phun, thổi, ép,... tuỳ theo từng loại vật liệu. Công nghệ đùn thường dùng cho loại vật liệu nhiệt dẻo, cao su; công nghệ đúc phun dùng cho nhựa nhiệt dẻo, nhựa nhiệt rắn, cao su; công nghệ đúc thổi dùng cho nhựa nhiệt dẻo.

Khám phá

Em hãy trình bày các tính chất của vật liệu phi kim loại.

Kết nối năng lực

Đọc sách báo hoặc truy cập intermet,... để tìm hiểu sâu thêm những tính chất của các

III – MỘT SỐ VẬT LIỆU PHI KIM LOẠI THÔNG DỤNG

1. Nhựa nhiệt dẻo

Nhựa nhiệt dẻo (Hình 5.3a) là hợp chất cao phân tử (hợp chất có khối lượng phân tửlớn và trong cấu trúc của chúng có sự lặp đi lặp lại nhiều lần những mắt xích cơ bản). Nhựa nhiệt dẻo là một loại nhựa chảy mềm thành 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, ít bị hoá chất tác dụng, dễ pha màu, dễ gia công và có khả năng chế biến lại.

Trong ngành cơ khí, nhựa nhiệt dẻo được dùng để chế tạo bánh răng, ổ trượt, bu lông, ốc vít nhựa trong một số máy móc như thiết bị kéo sợi,...

(Trang 27)

2. Nhựa nhiệt rắn

Nhựa nhiệt rắn (Hình 5.3b) là hợp chất cao phân tử. Nhựa nhiệt rắn hoá rắn ngay sau khi được ép dưới áp suất, nhiệt độ gia công. Nhựa nhiệt rắn không thể nóng chảy hay hoà tan trở lại được nữa, không có khả năng tái chế lại (do nhiệt độ nóng chảy cao).

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 bánh răng, ổ trượt, thanh nẹp chịu nhiệt của các loại bếp, lò điện; vỏ tàu thuyền, ô tô; ống dẫn hoá chất, bể chứa hoá chất; các chi tiết trong và trên máy bay (cửa, cánh quạt, khoang hàng, cánh đuôi).

3. Cao su

Cao su (Hình 5.3c) là hợp chất cao phân tử. Cao su gồm 2 loại: cao su thiên nhiên và cao su nhân tạo. Cao su thiên nhiên thường được chế biến từ nhựa cây cao su, còn cao su nhân tạo thường được chế biến từ than đá, dầu mỏ.

Cao su là loại vật liệu có tính đàn hồi cao, độ giãn dài khi kéo đạt tới 700% đến 800%, khả năng giảm chấn động tốt, độ cách nhiệt, cách âm cao.

Trong ngành cơ khí, cao su được dùng làm săm lốp, ống dẫn, các phần tử đàn hồi của khớp, trục, đai truyền, vòng đệm, sản phẩm cách điện,....

Hình 5.3. Một số vật liệu phi kim loại

a) Nhựa nhiệt dẻo

b) Nhựa nhiệt rắn

c) Cao su

Khám phá

Kết nối năng lực

(Trang 28)

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

Để nhận biết được tính chất cơ bản của vật liệu phi kim loại, ta có thể dùng các phương pháp như sau:

1. Quan sát đặc trưng quang học

Chúng ta có thể quan sát đặc trưng quang học như trong suốt, đục mờ của các loại vật liệu phi kim loại. Các loại nhựa nhiệt rắn có tính chất trong suốt; một số nhựa nhiệt dẻo như PVC, PS, PMMA, PC,... có tính chất trong suốt; một số khác như các loại nhựa HDPE, LDPE, PP, PTFE, PA,... có tính đục mờ.

2. Xác định khối lượng riêng

Dùng cân để xác định khối lượng riêng của các loại vật liệu phi kim loại. Vật liệu phi kim loại tương đối nhẹ, khối lượng riêng dao động từ 0,9 g/cm³ đến 2 g/cm³.

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

Dùng búa đập, vật liệu nào dễ gãy, vỡ thì có tính giòn lớn hơn; thường các loại nhựa nhiệt rắn có tính giòn; ngược lại các loại nhựa nhiệt dẻo, cao su mềm dẻo, đập không vỡ.

Thực hành

Vận dụng