آزمایش خستگی پلیمرها بسیار مهمی است که معمولا در پلیمرها از طبقه لاستیک و پلاستیک انجام می گیرد.
وقتی نمونه ای به صورت متناوب تحت تنش های کمتر از تنش تسلیم قرار می گیرد,
بعد از مدتی کم کم مقاومت خود را از دست داده و می شکنند, به این پدیده خستگی می گویند.
در این شرایط تنش کمتر از مقدار بحرانی خود در آزمایش استاتیک است,
ولی ترک ها به مرور زمان شروع به رشد کرده
و این موضوع در نهایت مقاومت کلی نمونه را کاهش می دهد,
به گونه ای که در اثر تنش وارده می شکند.
آزمون خستگی پلیمرها
خستگی پلیمرها پدیده بسیار پیچیده ای است.
پژوهش های فراوانی در این مورد انجام شده است
و دلیل اصلی آن اهمیت آن در کاربردهای مهندسی است.
اگر از دید مولکولی به پدیده خستگی بنگریم,
دو عامل اصلی را می توان یافت که در هنگام تاثیر نیروهای متناوب سبب کاهش مقاوت نمونه پلیمری می شوند:
عامل اول ایجاد حرارت در اثر تغییر شکل های متناوب و پشت سر هم است
تغییر شکل های مکرر موجب تولید حرارت در داخل نمونه شده و درجه حرارت را افزایش می دهد.
افزایش درجه حرارت به کاهش مقاومت پلیمر منجر می شود.
عامل دوم رشد ترک ها است.
هر سیکل انرژی کافی برای شکستن کل نمونه را ندارد
ولی به اندازه خیلی جزئی ترک را باز تر می کند.
به این ترتیب ترک ها بر اثر گذشت زمان کم کم رشد کرده و همانطور که در بخش قبل دیدیم سبب کاهش مقاومت پلیمر می شوند. برای یک پلیمر خاص تعداد سیکل هایی که نمونه تحمل می کند قبل از اینکه بشکند به مقدار تنش بستگی دارد. افزایش مقدار تنش موجب کاهش شدید سیکل های قابل تحمل نمونه قبل از شکست می شود. پدیده خستگی در پلیمر ها در تمامی موارد اتفاق می افتد اما این موضوع کاملا به ساختمان مولکولی بستگی دارد.
اما عوامل موثر بر پدیده خستگی متفاوت است پژوهش ها نشان می دهد که در پلیمر ها هرچه وزن مولکولی بیشتر باشد و توزیع آن یکنواخت تر باشد پلیمر مقاومت بیشتری در برابر خستگی از خود نشان می دهد. در صورتی که پلیمر بر اثر تنش های متناوب متبلور شود و به این ترتیب انرژی وارده به سیستم را صرف تغییر ساختار مولکولی خود کند, مقاومت بیشتری در برابر خستگی از خود نشان می دهد.
رشد ترک در اثر خستگی:
سرعت رشد ترک در آزمایش خستگی تابع عوامل متعددی است. یکی از این عوامل درجه حرارت است. درجه حرارت در نوک ترک به واسطه ایجاد حرارت در نمونه به هنگام تغییر شکل افزایش می یابد. اگر فرکانس تنش پایین باشد سرعت تولید حرارت کم بوده و نمونه فرصت کافی برای تبادل حرارتی با محیط اطراف را پیدا می کند. در این صورت امکان دارد درجه حرارت نوک ترک افزایش زیادی پیدا نکند ولی اگر فرکانس اعمال تنش در نمونه بالا باشد حرارت ایجاد شده فرصت کافی برای انتقال به محیط اطراف را پیدا نکرده و درجه حرارت در نوک ترک افزایش می یابد.
این تست برای چه موادی انجام می شود؟
این تست هم برای لاستیک ها و هم برای پلاستیک ها استفاده می شود. البته در ایران بیشتر برای لاستیک ها انجام می شود اما در دنیا برای باک های سوخت سی.ان .جی استفاده می گردد.
موارد استفاده برای کفش های ورزشی: یکی از کاربردهای تست خستگی برای کفش های ورزشی است که ۱۰ برابر وزن ورزشکار را این نوع از کفش ها باید تحمل کنند خصوصا در قسمت پاشنه. این موضوع در ورزشهایی نظیر بسکت بال و اسکیت بورد بیشتر ملاحظه می گردد. بنابراین در طراحی های مهندسی
این نوع کفش ها از بالشتکی از هوا به همراه یک لایه ژل در بین آن استفاده می کنند.
کفش ورزشی برای بسکتبال
در پلاستیک های که به عنوان زره های محافظ بدن استفاده می شوند. تست خستگی باید انجام گردد. هدف از این تست در این کاربردها این است که بتوانند با طراحی زره های محافظ با ایمنی بالا بدن را دربرابر اجسام نوک تیز مانند چاقو و هم چنین گلوله اسلحه حفظ نمایند. در حقیقت تست خستگی در این جلیقه ها نشان دهنده مقاومت و میزان نفوذ اشیاء نوک تیز و گلوله در بدن است. برای این منظور این تست می بایست در کانال حرارتی انجام گردد.
البته دو نوع تست برای زرهها انجام می گردد یکی برای فکی که بر روی آن جسم نوک تیزی تعبیه شده است و دیگری در حالتی دینامیک برای گلوله ها مورد آزمایش قرار می گیرد بنابراین نیاز به کانال حرارتی دارد.
منبع:کتاب خواص فیزیکی و مکانیکی
