تعیین مقاومت پلاستیک ها و کامپوزیت ها در برابر ضربه

مقاومت در برابر ضربه پلاستیک ها

آزمایش های تعیین مقاومت در برابر ضربه پلاستیک ها, آزمون های شکست با سرعت بالایی هستند که انرژی لازم برای شکستن یک نمونه را در شرایط استاندارد اندازه گیری می کنند. در حقیقت مقدار کار انجام شده برای شکستن یک آزمون پلیمری برابر است با قدرت و مقاومتی که آن نمونه در برابر  ضربه از خود نشان می دهد.

همه اجسام در معرض برخورد و تصادم با اشیاء دیگر قرار دارند و هر ماده ای متناسب با جرم مولکولی, ماهیت شیمیایی, ساختار اتمی یا مولکولی خود و موارد دیگر به صورت ذاتی در برابر ضربه, مقاومت معینی دارد. یعنی هر قطعه انرژی خاصی را لازم دارد تا در آستانه شکست قرار گیرد.

منظور از ضربه اعمال نیرو هایی با سرعت m/sec 10-1 می باشد. ضربات با سرعت بیش از m/sec 100 را پدیده بالستیک و سرعت بالاتر از m/sec 100 را فوق سریع می نامند.

اعمال ضربه می تواند در راستای صفحه یا درون صفحه و یا بیرون از صفحه باشد. ضربات خارج از صفحه با سرعت های فوق می توانند در توانایی قطعه برای تحمل نیرو پس از ضربه تغییرات آنی ایجاد نمایند. سقوط یک سنگ بر روی یک جسم, پرتاب یک سنگ از زیر تایر یک خودرو و برخورد آن به خودروی دیگر برخورد قایق کامپوزیتی به یک شئ دیگر مثال هایی از پدیده ضربه برون صفحه ای هستند.

کاربرد های جذب انرژی قطعات که در راستای محو رخود, تحت تنش قرار می گیرند, مثالی از پدیده ضربه درون صفحه ای می باشند.

عمومی ترین آزمون های ضربه درون صفحه ای آزمایش های آیزود و چارپی هستند.

استحکام یک ماده در برابر ضربه به طور مستقیم به مقدار خیلی زیادی بستگی دارد
به توانایی حرکت یا تغیر شکل مولکولهای سازنده آن ماده در برابر نیروهای وارد بر آن, این حرکت به صورت افزایش طول است. با تغییر آمیزه یک نمونه پلیمری یا تغییر ساختار مولکولی مثل کوپلیمره کردن آن می توان میزان انرژی لازم برای رسیدن به آستانه شکست آنرا تغییر داد و از اطلاعات به دست آمده در طراحی و کنترل کیفیت قطعات استفاده نمود.

اگر نمونه ای بتواند انرژی وارد شده را صرف حرکت های مختلف مولکولی(چرخشی, پیچشی,کششی و ...) خود کند, سطح انرژی در نمونه نمی تواند آنقدر افزایش یابد که موجب رشد ترک و شکست قطعه گردد.

همه پلاستیک ها قابلیت انجام آزمایش تعیین مقاومت در برابر ضربه و شکسته شدن را ندارند. پلاستیک های بسیار نرم و انعطاف پذیر, لاستیک ها, الیاف و موارد مشابه دیگر را نمیتوان
توسط آزمون ضربه به روش های معمول آزمایش نمود.

در ارتباط بافیلم ها و پلاستیک های نرم هنگامی که اندازه گیری مقاومت در برابر ضربه پلاستیک ها آن مورد نظر باشد, معمولا انجام آزمون ضربه ناشی از کشش با سرعت زیاد پیشنهاد می شود.

در ارتباط با لاستیک ها آزمون پارگی تا حدی شبیه آزمون انرژی حاصل از ضربه ناشی از سرعت کششی زیاد است.
هرقدر دمای انتقال شیشه ای پلیمری پایین تر باشد و یا خطی بودن زنجیر های آن بیشتر, همچنین قطبیت مولکول کمتر باشد مقاومت آن در برابر پارگی و سایش افزایش می یابد.

رفتار مکانیکی پلاستیک ها و مواد مرکب در برابر ضربه:

موادی که در آزمون تعیین خواص کششی در مقیاس تنش در برابر کرنش در پایان ناحیه الاستیک به ناحیه تسلیم خود می رسند و پس از عبور از این منطقه گنبدی شکل به ناحیه ای می رسند که قابلیت کش آمدن زیاد از خود نشان می دهند, به این معنا که در برابر یک تنش ثابت یا با افزایش بسیار کم تنش افزایش طول زیادی از آزمون مشاهده می شود. چنین پلیمر هایی چقرمه یا پر طاقت نام دارند.

مدول مواد چقرمه نسبتا بالا است و مقاومت در برابر ضربه خوبی از خود نشان می دهند. مانند نایلون ها, بیسفنل A پلی کربنات, پلی متیل متاکریلات و ... در حالی که گروه پلیمر های شکننده اغلب دارای مدول نسبتا بالا و زیاد و افزایش طول بسیار کمتر در مقایسه با پلاستیک های چقرمه هستند و به تبع سطح زیر منحنی کمتری دارند. بنابر این مقاومت به ضربه کمتری را از خود نشان می دهند.

افزایش درجه بلورینگی خواص مکانیکی پلاستیک ها را افزایش می دهد ولی قابلیت چقرمگی آنها را کم می کند و به تبع مقاومت در برابر ضربه پلاستیک ها  را نیز کاهش می دهد. 
پلاستیک های گرماسخت تقویت شده با پارچه یا الیاف (اعم از شیشه, کربن, کولار و...) غالبا دارای رفتار شکننده, با استحکام و مدول بالا هستند. همچنین مقاومت در برابر ضربه پلاستیک ها ی بسیار بالاتری در مقایسه با زمانی که هنوز تقویت نشده اند دارند.

در جدول زیر مقایسه بین افزایش طول در نقطه پارگی چند پلاستیک با مقاومت در برابر ضربه آنها به عمل آمده است:

پلاستیک های گرماسخت تقویت شده متناسب با جنس, طول و آرایش عامل تقویت کننده رفتار های متفاوتی را در مقابل ضربه از خود نشان می دهند.
اگر فاز پیوسته ماده مرکب با پودر شیشه تقویت شده باشد رفتار مکانیکی قطعه همسانگرد خواهد بود. ضمن آن که میزان تقویت شدگی فاز پیوسته نیز در مقایسه با اشکال دیگر تقویت کننده ها ضعیفتر ثبت خواهد شد.

در جدول زیر مقایسه بین مقاومت در برابر ضربه رزین اپوکسی تقویت نشده با دو نوع تقویت شده آن به عمل آمده است.

برای تعیین مقاومت در برابر ضربه پلاستیک ها روش آزمون های مختلف و دستورالعمل های استاندارد زیادی تدوین شده است که الزاما" یکی از آنها میبایست مبنای انجام آزمون قرار گیرند. نظیر: (ISO 179,DIN 53453, ASTM D 256, ASTM D 6110, ASTM D 5942,)

باید توجه داشت که اگر از برگه مشخصات یک پلاستیک به عنوان اطلاعات مرجع استفاده می کنیم هر استانداردی که مبنا و مرجع قضاوت اولیه آن نمونه بوده است, الزاما باید به عنوان مبنا و مرجع قرار بگیرد. در مواردی که استاندارد مرجع دو یا سه روش آزمون را با عناوین Procedure A و  Procedure B  معرفی کرده است. به اجبار باید روشی که بر اساس آن نتیجه ارائه شده به دست خواهد آمد, انتخاب شود. در غیر این صورت برگزیدن روشی دیگر نتیجه ای غلط  را دربر خواهد داشت.

باید توجه داشت که هر استانداردی که مبنا و مرجع عملکرد یک آزمون قرار می گیرد, الزاما باید به تمام بند ها و الزامات آن توجه شود و تمام خواسته های آن اجرا شود. به عبارت دیگر تمام مراحل آزمایش باید منطبق با ارشادات روش آزمون استاندارد پذیرفته شده تداوم یابد. نظیر تعداد نمونه ها, ابعاد آزمونه ها, شرایط نگهداری نمونه ها قبل از آزمایش, ناچدار کردن نمونه ها شامل شکل و ابعاد ناچ دمای محیط آزمایش در هنگام انجام آزمون, کالیبره بودن دستگاه, رطوبت نسبی هوا و سایر پیشنهادات دستورالعمل استاندارد که باید به طور کامل به اجرا در آیند, بند نهایی دستوالعمل استاندارد دارای عنوان گزارش کار است که معمولا تکمیل کردن دقیق آن در پایان هر آزمایش نمادی از پاسخگویی صادقانه به تمام خواسته های روش آزمون استاندارد می باشد. یعنی انطباق تقریبا کامل آزمایش انجام شده با تمام خواسته های استاندارد.

منبع: اندازه گیری خواص پلاستیکها