آزمون تعیین خواص کششی پلاستیک ها مهمترین تست خواص

آزمون تعیین خواص کششی پلاستیک ها مهمترین تست خواص:

پلیمر ها از نظر ظهور رفتار مکانیکی در آزمون تعیین خواص کششی پلاستیک ها (مقیاس تنش در برابر کرنش) بیشتر در چهار گروه اصلی شامل شکننده, چقرمه, نرم و لاستیکی قرار می گیرند.

رفتارمکانیکی ظاهر شده تابعی از برخی ویژگی های مولکولی ( اعم از عناصر و اجزای تشکیل دهنده واحد های تکرار شونده ساختار مولکولی, جرم مولکولی, دمای انتقال شیشه ای, فعالیت مولکولی, جاذبه های فیزیکی بین گروه های عاملی ساختار بلوری و ... ) آنهاست که تفاوت در رفتار مکانیکی و به تبع تغییرات خواص پلیمر را به وجود می آورند که به اختصار به آن ها اشاره می شود.

در نمودار بالا منحنی های رفتار تنش در برابر کرنش سه گروه مختلف از پلاستیک ها دیده می شود.

تعیین خواص کششی پلاستیک ها:

الف) بخش آغازین منحنی که به صورت خط راست است, این مفهوم را می رساند که نسبت تنش و کرنش در این ناحیه ثابت می باشد.
ب) تداوم رفتار خطی تا نزدیک به نقطه شکست مبین آن است که مدول تا نزدیک به استحکام نهایی آزمون تغییر نمی کند. ولی در ورود به مرحله تسلیم به شکست خود می رسد.

بسیاری از کامپوزیت های پیشرفته تا نقطه شکست خود, در ناحیه الاستیک با تبعیت از قانون هوک کاملا به صورت خطی عمل می کنند و با همین رفتاربه مرحله شکست خود دست پیدا می کنند.
این رفتار فقط به کامپوزیت ها و پلاستیک های شکننده محدود نمی شود.
بسیاری از دمبل های تهیه شده از الاستومر های گوناگون هم در حین آزمون تعیین خواص کششی همین رفتار خطی تا نقطه پارگی را نشان می دهند, ولی سه نکته آنها را از کامپوزیت ها متمایز می سازد:

اول شیب منحنی که در مورد لاستیک ها بسیار کمتر است.
دوم افزایش طول پلیمر تا نقطه پارگی که در ارتباط با لاستیک ها نشان دهنده افزایش طول بسیار بیشتری است.

سوم میزان تنشی که تحت آن الاستومر به استحکام حد اکثر خود می رسد. مقدار آن بسیار کمتر از تنشی است که کامپوزیت ها به استحکام حد اکثر خود دست می یابند. به همین خاطر نمی توان هر رفتار مکانیکی خطی منطبق با قانون هوک را که از یک نمونه استاندارد ظاهر می شود, در گروه پلیمر های شکننده طبقه بندی کرد.

در این گونه رفتار ها دو پارامتر مهم تنش کششی حد اکثر, با تنش در نقطه پارگی یک میزان را نشان می دهند, البته کرنش های این دو نقطه هم با هم برابر خواهند بود در منحنی شماره ۱ افزایش تنش چشمگیر ولی میزان کرنش آن کم است, به عبارت دیگر مواردی که تنش بالایی را تحمل می کنند و کم کش می آیند از دیدگاه علم مکانیک مدول آنها بالاست,
یعنی تمایلی به تغییر شکل کششی از خود نشان نمی دهند. چنین رفتاری مربوط به کامپوزیت های سخت و مواد شکننده است به همین خاطر به آنها شکننده می گویند.

در مجموع پلاستیک های گرمانرم پلی استایرن و بسیاری از کامپوزیت های دارای تقویت کننده های با مدول بالا چنین رفتاری را از خود نشان می دهند.

پلاستیک های گرما سخت چه ویژگی در منحنی تنش/کرنش چه رفتاری از خود نشان می دهند؟

پلاستیک های گرماسختی که دارای درجه اتصالات عرضی بالا هستند, سخت و شکننده عمل می کند, آنها غالبا مستحکم می باشند. تنش در نقطه شکست این مواد نسبتا بالاست و نقطه تسلیم در منحنی آنها مشاهده نمی شود. مانند ملامین فرمالدهید.
رزین های فنولی تقویت شده با الیاف شیشه نیز تقیبا دارای چنین رفتاری می باشند. هرقدر میزان و طول عامل تقویت کننده در این ماتریس ها بیشتر باشد رفتار مکانیکی نمونه کامپوزیتی به سمت کاملا شکننده با استحکام کششی بیشتر و مدول الاستیک بالاتر متمایل می شود.

پ) در صورت خروج منحنی از ناحیه رفتار خطی یا قانون هوک رفتار نمونه پلیمری به منطقه پلاستیک وارد می شود که بر خلاف ناحیه الاستیک برگشت پذیر نیست بنابراین چنین رفتاری از پلیمر های شکننده و کامپوزیت های متعارف دیده نمی شود.
در رفتار مکانیکی بعضی از پلیمر ها با افزایش تنش و پس از رسیدن به یک حد خاص حالت گنبدی و در بعضی دیگر به صورت صاف رفتاری دیده می شود که به آن نقطه تسلیم می گویند.
در حقیقت پلیمر تا رسیدن به این نقطه رفتار الاستیک از خود نشان می دهد. ولی از این حد به بالاتر رفتار پلاستیک و غیر بازگشتی ماده به وقوع می پیوندد که مبین آغاز مهاجرت مکانی مولکولهای نمونه تحت آزمون در جهت اعمال تنش است.

از نقطه تسلیم به بعد رفتار مکانیکی پلیمر ها نسبت به ناحیه قبل از آن عوض می شود و شروع به کش آمدن می کنند. در برخی از موارد این کش آمدن ممکن است به صورت گردنه ای شدن یا رفتار چقرمه ظاهر گردد. به این گروه از پلیمر ها اصطلاحا tough به معنی پر طاقت, چقرمه, مقاوم و زحمت کش گفته می شود.

منظور از چقرمگی چیست؟

چقرمگی عبارت است از قدرت جذب انرژی در حالت رفتار پلاستیکی نمونه تا مرحله پارگی آن. در منحنی تنش در برابر کرنش چقرمگی با سطح زیر منحنی رابطه مستقیم دارد
عموما سطح زیر منحنی تعیین خواص کششی پلاستیک ها در مقیاس تنش در برابر کرنش از اهمیت زیادی برخوردار است زیرا مبین مقدار انرژی لازم برای رسیدن به نقطه پارگی یا شکست آن قطعه می باشد.در پلیمر های چقرمه این سطح خیلی زیاد است

و از منحنی آنها چنین می توان برداشت کرد که برای شکستن پلیمر های چقرمه انرژی زیادی را باید صرف کرد.
در حالی که سطح زیر منحنی پلاستیک های نرم کم است.
به همین سبب آنها با صرف انرژی خیلی کمتری در مقایسه با پلاستیک های چقرمه به حد شکست خود می رسند.

موادی که از قابلیت کش آمدن زیادی برخوردارند پلیمر های چقرمه یا پر طاقت نام دارند.
مدول این مواد نسبتا بالا است. مانند نایلون ها.
(در این جا منظور از نایلون ها کیسه های پلی اتیلنی که در بسته بندی استفاده می شود نمی باشد)
در حالی که در قیاس با گروههای پلیمری شکننده, مواد چقرمه دارای مدول پایین تر استحکام کششی کمتر و افزایش طول بیشتری می باشند.

در بعضی از موارد دیده می شود که در پایان منطقه کشش سرد, منحنی افزایش تنش نشان می دهد و سپس منحنی به حد پارگی می رسد. به این منطقا از منحنی که با افزایش تنش قدرت پلیمر به واسطه بلوری شدن حاصل از کش آمدن نمونه مستحکم تر شده گفته می شود که مفهوم سخت شدن نمونه در اثر افزایش طول را دارد. منحنی فوق در بردارنده هفت ویژگی بسیار مهم است.

تعیین خواص کششی پلاستیک ها:

۱ - تنش در نقطه تسلیم

۲ - کرنش در نقطه تسلیم

۳ - تنش در نقطه پارگی

۴ - کرنش در نقطه پارگی

۵ - مدول الاستیک

۶ - تعیین چقرمگی که عبارت است از: مقدار انرژی لازم که برای رساندن واحد حجم نمونه پلیمری تحت آزمون به حد شکست یا پارگی آن لازم است.

۷ - تحقیق در زمینه رفتار مکانیکی پلیمر و پیدا کردن این پاسخ که قطعه استاندارد تحت آزمایش به کدام یک از گروه های (brittle-tough-soft-elastomer-…) تعلق دارد.

منبع: کتاب اندازه گیری خواص