Vật liệu nhựa là gì?

10/10/2022 LÊ ĐĂNG 12 PHÚT ĐỌC 117 LƯỢT XEM 0 BÌNH LUẬN

5/5 (1 BÌNH CHỌN)

Vật liệu nhựa là nhóm vật liệu làm từ polyme hữu cơ tổng hợp hoặc bán tổng hợp, có thể tạo hình khi gia nhiệt hoặc khi chưa đóng rắn. Phân tử polyme là chuỗi dài các mắt xích lặp lại, nối với nhau bằng liên kết cộng hóa trị. Nhờ cấu trúc này, nhựa nhẹ, cách điện, không gỉ và kháng được nhiều hóa chất mà kim loại không chịu nổi. Đổi lại, nhựa mềm đi khi nóng, giãn nở nhiều và già hóa dưới tia UV.

Mục lục

Với Viva, vật liệu nhựa xuất hiện ở hai chỗ chính: thân van, ống, phụ kiện cho nước và hóa chất, và gioăng, đệm làm kín. Mỗi loại nhựa có giới hạn nhiệt độ và áp suất riêng, nên chọn nhựa làm van phải bắt đầu từ hai thông số này.

Vật liệu nhựa là gì?

Vật liệu nhựa (còn gọi là chất dẻo) có thành phần chính là polyme, thường pha thêm chất ổn định, chất độn, chất tạo màu hoặc chất hóa dẻo. Polyme hình thành khi các monome nhỏ, ví dụ etylen CH₂=CH₂, nối thành chuỗi dài qua phản ứng trùng hợp.

Các sản phẩm làm từ vật liệu nhựa trong đời sống và công nghiệp — Sản phẩm từ vật liệu nhựa: bao bì, đồ gia dụng, ống và phụ kiện.

Về lịch sử, Alexander Parkes giới thiệu Parkesine năm 1856, một vật liệu làm từ nitrocellulose nên chỉ là bán tổng hợp. Nitrocellulose do Christian Schönbein tìm ra năm 1846, nhưng đó là một hợp chất xenlulozơ, chưa phải nhựa tổng hợp. Bakelite của Leo Baekeland (1907), điều chế từ phenol và formaldehyde, được coi là nhựa tổng hợp hoàn toàn đầu tiên. Tổng quan về phân loại có thể xem thêm trên Wikipedia.

Hạt nhựa nguyên liệu dùng để ép, đùn ra các sản phẩm vật liệu nhựa — Hạt nhựa là dạng nguyên liệu để ép phun hoặc đùn thành ống, thân van và sản phẩm khác.

Nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn

Điểm khác nhau giữa hai nhóm vật liệu nhựa này nằm ở cấu trúc mạch. Nhựa nhiệt dẻo gồm các chuỗi riêng biệt, chỉ liên kết với nhau bằng lực thứ cấp, nên khi nóng chúng trượt lên nhau và nhựa chảy mềm. Làm nguội thì nhựa cứng lại, và quá trình này lặp lại được. Nhựa nhiệt rắn tạo mạng liên kết hóa học giữa các chuỗi khi đóng rắn, nên không nóng chảy lại, chỉ phân hủy khi quá nóng.

Nhiệt dẻo: PE, PP, PVC, PET, PS, ABS, POM, PVDF, PTFE. Đa số van, ống và phụ kiện nhựa thuộc nhóm này.
Nhiệt rắn: epoxy, phenolic, polyester không no. Vật liệu composite FRP (sợi thủy tinh với nhựa nhiệt rắn) dùng làm bồn, ống chịu hóa chất cỡ lớn.

Tính chất chung của vật liệu nhựa

Các giá trị dưới đây là dải điển hình của vật liệu nhựa nhiệt dẻo thông dụng, từng mác cụ thể có thể lệch khỏi dải.

Tính chất	Giá trị điển hình	Hệ quả khi thiết kế
Khối lượng riêng	0,9–2,2 g/cm³ (PP nhẹ nhất, PTFE nặng nhất)	Van, ống nhẹ hơn kim loại 3–8 lần
Dẫn nhiệt	0,1–0,5 W/m·K	Cách nhiệt tốt, tỏa nhiệt kém
Giãn nở nhiệt	PVC khoảng 60–80 µm/m·°C, gấp khoảng 5–6 lần thép	Cần co giãn hoặc bù giãn nở trên đường ống dài
Cơ tính theo nhiệt độ	Giảm mạnh khi tăng nhiệt	Áp suất cho phép giảm khi nhiệt độ tăng
Tia UV	Gây giòn, đổi màu (trừ PVDF, PTFE)	Ống ngoài trời cần phủ hoặc bọc

Giá trị tham khảo, đối chiếu catalogue của hãng sản xuất.

Cơ tính của vật liệu nhựa giảm theo nhiệt độ vì lực liên kết giữa các chuỗi polyme yếu hơn liên kết kim loại. Khi nhiệt độ tiến gần nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg) hoặc nhiệt độ nóng chảy, các chuỗi dễ trượt, vật liệu mềm và biến dạng dưới tải. Vì vậy mỗi loại nhựa có đường áp suất theo nhiệt độ (đường P–T) riêng do nhà sản xuất công bố.

Các loại nhựa phổ biến

PE (HDPE, LDPE)

PE (polyetylen) là vật liệu nhựa nhiệt dẻo phổ biến nhất về sản lượng, mắt xích –CH₂–CH₂–. LDPE (0,91–0,93 g/cm³) mềm, dùng làm màng bọc, túi. HDPE (0,94–0,97 g/cm³) cứng hơn, dùng làm ống cấp nước, ống dẫn khí, can và bồn chứa. Chuỗi chỉ gồm C và H nên PE không phân cực, kháng axit, kiềm và muối tốt, nhưng bị dầu và dung môi hydrocacbon làm trương.

Sản phẩm làm từ vật liệu nhựa PE — Nhựa PE dùng cho bao bì, ống và bồn chứa.

Màng bọc thực phẩm làm từ nhựa PE — Màng bọc thực phẩm là sản phẩm điển hình của LDPE.

PP (PP-H, PP-R)

PP (polypropylen) nhẹ nhất trong các vật liệu nhựa thông dụng, khoảng 0,90–0,91 g/cm³, chịu nhiệt tốt hơn PE. PP-H (homopolymer) cứng, dùng làm thân van, bồn, ống công nghiệp cho axit, kiềm. PP-R (random copolymer) dẻo dai hơn, dùng làm ống nước nóng lạnh trong tòa nhà. Ống PP-R chịu nước nóng khoảng 70°C liên tục và 95°C ngắn hạn (tham khảo, đối chiếu catalogue của hãng). PP-R không phải loại nhựa chịu áp tốt nhất: khả năng chịu áp phụ thuộc vào đường kính, bề dày thành ống (SDR) và nhiệt độ làm việc.

Vật liệu nhựa PP dạng hạt và sản phẩm — Nhựa PP có khối lượng riêng thấp nhất trong các nhựa thông dụng.

Hộp đựng thực phẩm chế tạo từ nhựa PP — Hộp đựng thực phẩm PP dùng được trong lò vi sóng khi nhà sản xuất ghi rõ.

Van, ống và phụ kiện nhựa PPR — Van, ống và phụ kiện PP-R nối bằng hàn nhiệt.

Van và phụ kiện nhựa PP-H dùng cho hóa chất — Van và phụ kiện PP-H dùng trong đường ống hóa chất.

PVC/uPVC

PVC là gì: polyvinyl clorua, mắt xích –CH₂–CHCl–, chứa khoảng 57% clo theo khối lượng nên tự tắt lửa. uPVC (không hóa dẻo) cứng, dùng làm ống và van áp lực cho nước và hóa chất loãng ở nhiệt độ dưới khoảng 60°C. PVC có chất hóa dẻo thì mềm, dùng làm vỏ dây, ống mềm, da nhân tạo.

Cuộn nhựa PVC dẻo — PVC dẻo có chất hóa dẻo, dùng làm vỏ dây, màng, ống mềm.

PET

PET (polyetylen terephthalat) là vật liệu nhựa polyeste nhiệt dẻo, khối lượng riêng khoảng 1,33–1,39 g/cm³. Mạch chứa nhóm este và vòng thơm nên cứng, trong suốt và cản khí tốt, phù hợp làm chai nước, chai nước ngọt và sợi polyeste. PET kém bền trong kiềm mạnh và nước nóng kéo dài vì nhóm este bị thủy phân. Hạt PET phải sấy khô trước khi gia công vì hơi ẩm làm đứt mạch ở nhiệt độ nóng chảy. Trên bao bì, PET mang mã tái chế số 1.

Hạt nhựa PET nguyên liệu làm chai — Hạt nhựa PET trước khi thổi chai.

Các loại chai nhựa PET — Chai PET là ứng dụng lớn nhất của loại nhựa này.

PS

PS (polystyren) khối lượng riêng khoảng 1,04–1,06 g/cm³. Loại GPPS trong suốt, cứng nhưng giòn. Loại HIPS pha cao su nên chịu va đập hơn, làm vỏ thiết bị, khay. Dạng xốp EPS có chứa nhiều khí, nhẹ, cách nhiệt, làm hộp xốp và vật liệu đệm. PS tan trong dung môi thơm và xeton nên không dùng cho đường ống hóa chất.

Hộp xốp đựng cơm dùng một lần làm từ nhựa PS — Hộp xốp một lần làm từ PS dạng xốp.

PVDF

PVDF (polyvinylidene fluoride) là vật liệu nhựa fluoropolyme nóng chảy ở khoảng 170–177°C, khối lượng riêng 1,75–1,78 g/cm³. Nó dùng được liên tục đến khoảng 120–140°C (tham khảo, đối chiếu catalogue của hãng), kháng UV, kháng axit mạnh và halogen, nên được chọn cho van và ống trong ngành hóa chất, xử lý nước siêu tinh khiết. PVDF kém bền với kiềm mạnh, amin và xeton.

PTFE

PTFE, thương mại gọi là Teflon, là fluoropolyme có liên kết C–F rất bền, nên gần như trơ với mọi hóa chất và chịu từ −200°C đến khoảng +260°C. Vì PTFE chảy lạnh (creep) dưới tải, người ta làm seat, gioăng và bạc từ PTFE gia cường chứ ít dùng làm thân chịu lực.

ABS, POM, PU

ABS (acrylonitrile butadiene styrene) là vật liệu nhựa cứng, dai, bề mặt bóng, làm vỏ thiết bị điện, đồ chơi, linh kiện ô tô; nhiệt độ hóa thủy tinh khoảng 105°C. POM (polyoxymethylene, còn gọi là acetal) có độ kết tinh cao, cứng, ma sát thấp và ổn định kích thước nên dùng làm bạc lót, bánh răng, chi tiết van nhỏ. POM bị axit mạnh và nước chứa clo tấn công, không dùng cho môi trường đó. PU (polyurethane) là họ vật liệu rộng: dạng xốp mềm làm đệm, dạng đặc đàn hồi làm bánh xe, ống mềm và gioăng chịu mài mòn.

Chi tiết cơ khí làm từ nhựa kỹ thuật POM — POM dùng cho bạc, bánh răng nhờ ma sát thấp.

Vật liệu nhựa PU polyurethane — PU có nhiều dạng, từ xốp mềm đến đàn hồi đặc.

Hai mươi ứng dụng phổ biến của vật liệu nhựa

Chai nước, chai nước ngọt (PET)
Túi và màng bọc (PE)
Ống cấp nước lạnh (uPVC, HDPE)
Ống nước nóng lạnh trong tòa nhà (PP-R)
Ống thoát nước (uPVC)
Hộp đựng thực phẩm (PP)
Hộp xốp, vật liệu đệm đóng gói (PS dạng xốp)
Vỏ thiết bị điện, đồ chơi (ABS)
Vỏ dây và cáp điện (PVC dẻo, PE)
Bánh răng, bạc lót nhỏ (POM)
Gioăng và seat làm kín (PTFE)
Lớp lót chống ăn mòn cho bồn và đường ống (PVDF, PTFE)
Thân van, phụ kiện nhựa cho nước và hóa chất (uPVC, CPVC, PP, PVDF)
Bồn chứa hóa chất (PP, HDPE)
Cửa sổ, cửa đi nhựa lõi thép (uPVC)
Sàn nhựa, da nhân tạo (PVC dẻo, PU)
Đệm mút, ghế sofa (PU xốp)
Sợi dệt, vải polyeste (PET)
Túi truyền dịch, dụng cụ y tế dùng một lần (PVC dẻo, PP)
Cản xe, ốp nội thất ô tô (PP, ABS)

So sánh nhanh nhựa làm van

Với van và đường ống công nghiệp, năm loại dưới đây hay được so sánh nhất. Chi tiết từng cặp xem bài uPVC, CPVC, PP và PVDF.

Vật liệu	Nhiệt độ làm việc liên tục tối đa	Kháng hóa chất	Giá tương đối
uPVC	Khoảng 60°C	Tốt với axit, kiềm loãng và trung bình, muối; kém với xeton, dung môi thơm	Thấp
CPVC	Khoảng 90°C	Giống uPVC, bền hơn ở nhiệt độ cao	Trung bình
PP-H	Khoảng 80°C	Tốt với axit, kiềm; kém với chất oxy hóa mạnh, dung môi clo hóa	Thấp đến trung bình
PVDF	Khoảng 120–140°C	Rất rộng: axit mạnh, halogen, hydrocacbon; kém với kiềm mạnh, amin	Cao
PTFE	Khoảng 200–260°C (tùy áp suất, dạng lót hoặc seat)	Gần như trơ với mọi hóa chất thông dụng	Rất cao

Giá trị tham khảo, đối chiếu catalogue của hãng. Áp suất cho phép luôn giảm khi nhiệt độ tăng.

Nhựa trong van và ống

Thân van nhựa dùng khi môi chất ăn mòn kim loại hoặc khi cần tránh gỉ trong nước. Van bi nhựa (uPVC, CPVC) đóng mở nhanh, nối rắc co hoặc dán keo, dùng cho hóa chất và nước thải. Van bướm nhựa phù hợp đường ống cỡ lớn vì nhẹ. Van 1 chiều nhựa đặt sau máy bơm để chống chảy ngược trong trạm bơm nước. Về đường ống, xem tổng quan về ống nhựa uPVC, PP-R và HDPE.

Nhựa và cao su: khác nhau ở đâu

Vật liệu nhựa cứng chịu tải nên làm thân van, ống. Cao su (elastome) đàn hồi lớn, biến dạng rồi hồi phục nên làm gioăng, màng, seat. Cao su cần lưu hóa tạo liên kết ngang giữa các chuỗi. Cao su EPDM chịu nước nóng và ozone, không chịu dầu khoáng. NBR chịu dầu, còn FKM chịu dầu và nhiệt đến khoảng 200°C. Chọn sai elastome so với môi chất làm gioăng trương nở và rò rỉ.

Giới hạn của vật liệu nhựa

Áp suất cho phép giảm theo nhiệt độ. Ví dụ ống uPVC PN16 ở 20°C chỉ còn khoảng 60% áp suất cho phép khi nước ở 45°C (hệ số giảm áp tham khảo theo ISO 1452, xem biểu đồ P–T của nhà sản xuất).
uPVC giòn ở nhiệt độ thấp và dưới tải va đập, nhất là khi đóng băng.
PVC cháy sinh ra khí HCl độc. Không hơ ống bằng lửa trần.
Tia UV phá mạch polyme ngoài trời, nên ống cần sơn phủ hoặc chọn mác kháng UV.
Giãn nở nhiệt lớn đòi hỏi gối đỡ, khớp co giãn và khoảng hở khi lắp.

Khi chọn vật liệu nhựa cho van, hãy đối chiếu môi chất, nhiệt độ và áp suất với bảng vật liệu van theo môi chất. Mỗi mác nhựa cụ thể (phụ gia, độ kết tinh) cho kết quả khác nhau, nên cần xác nhận với nhà sản xuất.

Nhựa và môi trường

Vật liệu nhựa bền và khó phân hủy nên rác nhựa tích tụ. Biện pháp thực tế là thu hồi và tái chế theo mã nhựa 1–7 in trên sản phẩm: 1 PET, 2 HDPE, 3 PVC, 4 LDPE, 5 PP, 6 PS, 7 các loại khác. Nhựa nhiệt dẻo đơn loại như PET, HDPE, PP tái chế dễ nhất. Ống và phụ kiện uPVC, PP, HDPE hỏng có thể nghiền để làm lại sản phẩm không tiếp xúc nước uống.

Viva cung cấp van và phụ kiện nhựa tại Số 20, Ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội; giao hàng toàn quốc. Liên hệ kỹ thuật để chọn đúng loại nhựa theo môi chất và nhiệt độ:

VIVA - VAN CÔNG NGHIỆP GIÁ RẺ

Địa chỉ: Số 20 ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội

Phụ trách kinh doanh: Miss Hoa

Gọi: 0965.925.563 Chat Zalo

Xem thêm: chuyên mục các loại vật liệu

Câu hỏi thường gặp

Nhựa PP có an toàn không?

Nhựa PP loại thực phẩm thường được xem là an toàn cho hộp đựng, vì PP trơ về hóa học và ít thôi nhiễm. Cần chọn sản phẩm có ghi rõ dùng cho thực phẩm và chịu nhiệt trong lò vi sóng nếu định hâm nóng. PP tái chế hoặc đồ công nghiệp không rõ nguồn gốc không nên dùng để đựng thức ăn.

Nhựa nào chịu nhiệt tốt nhất?

Trong các nhựa nêu ở trên, PTFE chịu nhiệt cao nhất, dùng đến khoảng 260°C. Kế đó là PVDF (khoảng 120–140°C), rồi CPVC (khoảng 90°C), PP-H (khoảng 80°C) và uPVC (khoảng 60°C). Nhựa kỹ thuật như PPS và PEEK còn cao hơn. Các giá trị này là tham khảo, cần đối chiếu catalogue của hãng.

Lê Đăng

Co-Founder tại Viva – Van giá rẻ

Tôi là Lê Đăng, Co-Founder & Marketing Manager của Viva, chuyên gia với 20 năm kinh nghiệm thực chiến trong ngành van công nghiệp. Qua blog này, tôi chia sẻ những kiến thức chuyên sâu nhằm mang đến giá trị thực tiễn, hữu ích và thiết thực nhất cho độc giả trong và ngoài ngành.

Kết nối với mình qua: