صنایع پتروشیمی

استحکام کششی در نقطه تسلیم پلی استایرن مقاوم به ضربه (HIPS)

استحکام کششی در نقطه تسلیم پلی استایرن

استحکام کششی به منظور بررسی تغییر شکل پلی استایرن مقاوم به ضربه (HIPS) و اطمینان از کیفیت و سختی آن یا حداکثر استرسی که می‌تواند در مقابل آن مقاومت کند و همچنین تمایل به انعطاف‌پذیری و قابلیت تغییر شکل این ماده، اندازه‌گیری می شود.

آزمون کشش که به منظور اندازه گیری استحکام کششی در پلیمرها انجام می شود، یکی از مهمترین و پرکاربرد ترین تست های خواص مکانیکی پلیمرها می باشد که نتایج آن نقش مهمی نیز در انتخاب مواد برای تولید محصولات پلیمری دارد. به طور کلی خواص کششی جهت توسعه مواد و فرایندهای جدید، پیش‌بینی رفتار یک ماده تحت انواع نیرو و نیز اطمینان از کیفیت مواد پلیمری و مقایسه آنها اندازه‌گیری می ‌شوند.

در این مقاله، با استحکام کششی پلیمرها و آزمون کشش که برای اندازه گیری میزان استحکام کشش ماده ی پلیمری پلی استایرن مقاوم به ضربه (HIPS) کاربرد دارد، صحبت خواهیم کرد.

 

استحکام کششی

تنش، پارامتری از جنس فشار است از تقسیم نیرو بر سطح موثر نمونه در آزمون کشش به دست می آید و کرنش نیز جابجایی نمونه نسبت به حالت اولیه می باشد. در اثر کشش، مواد پلیمری ابتدا به صورت الاستیک تغییر شکل می دهند و با برداشته شدن تنش، به حالت اولیه بر می گردند. سپس با اعمال تنش بیشتر دچار تغییر شکل پلاستیک می شوند، یعنی با حذف تنش اعمالی، ابعاد مواد به حالت اولیه خود برنگشته و تغییر شکل و حالت ایجاد شده برگشت ناپذیر است. در نهایت و با اعمال بیشتر تنش نیز ماده دچار شکست می شود.

استحکام کششی، حداکثر مقدار تنشی است که ماده ی پلیمری می تواند هنگام کشش تحمل کند و در آن دچار شکست نشود.

به طور کلی استحکام کششی پلیمرها و پلاستیک ها بر سه نوع طبقه بندی می شود و شامل استحکام کششی در نقطه تسلیم، استحکام کششی در نقطه شکست و استحکام نهایی می باشد.

استحکام کششی در نقطه تسلیم ، مقدار تنشی است که ماده ی پلیمری می تواند بدون تغییر شکل دائمی آن را تحمل کند و توسط آزمون کشش و به کمک دستگاه کشش قابل اندازه گیری است. استحکام کششی در نقطه شکست مقدار استحکام ماده در نقطه ای است که پلیمر در آن دچار شکست می شود. به حداکثر تنشی که پلیمر می تواند تحمل کند نیز، استحکام نهایی گفته می شود.

وقتی در آزمون کشش که در ادامه توضیح داده خواهد شد، به جسم نمونه که در اینجا نمونه ی پلی استایرن مقاوم به ضربه (HIPS) است، نیروی کششی وارد می شود، تغییر شکل نمونه نسبت به حالت اولیه و نمودار نیروی اعمالی بر حسب جابجایی ایجاد شده به صورت لحظه ای (یا نمودار تنش اعمال شده بر حسب کرنش) در دستگاه کشش ثبت می شود.

بخش خطی این منحنی، یعنی از ابتدا تا نقطه تسلیم که تغییر شکل به صورت الاستیک است، منطقه کشسان یا الاستیک نامیده می‌شود و همانطور که گفته شد، در این منطقه رابطه تنش و کرنش خطی است. منطقه مومسان یا پلاستیک این منحنی نیز بعد از نقطه تسلیم (آغاز شروع تغییر شکل موسان نمونه) شروع می‌شود و تغییر شکل مومسان نمونه به صورت ثابت تا نقطه اوج منحنی یا همان استحکام کششی، ادامه دارد.

پارامترهای زیادی می توانند بر استحکام کششی یک پلیمر تأثیرگذار باشد که مهمترین آنها شامل مواردی چون وزن مولکولی (با افزایش وزن مولکولی پلیمرها استحکام کششی آن ها تا نقطه اشباع افزایش می یابد)، پیوند عرضی (باعث کاهش استحکام می شوندند)، کریستالی یا بلوری بودن ( فاز کریستالی پلیمر به دلیل قوی تر بودن پیوندهای درون مولکولی، استحکام را افزایش می دهد) می باشند.

استحکام کششی

اندازه گیری استحکام کششی (آزمون کشش)

همانطورکه در قسمت قبل نیز توضیح داده شد، به کمک آزمون کشش می ‌توان منحنی چگونگی واکنش ماده در برابر نیروهای اعمالی را ترسیم نمود. در این نمودار میزان حداکثر تنش (استحکام نهایی) بسیار مهم است.

آزمون تعیین خصوصیات کششی کوپلیمر پلی استایرن مقاوم به ضربه (HIPS) مطابق استاندارد ASTM D638 انجام می شود. در آزمون کشش ASTM D638، خصوصیات مکانیکی اولیه پلی استایرن مقاوم به ضربه (HIPS) مانند تنش کششی، کرنش، مدول کششی، نقطه عملکرد، نقطه شکست و نسبت پواسون تعیین می شوند.

طبق این استاندارد می توان از نمونه های پلی استایرن مقاوم به ضربه (HIPS) با هر ضخامتی تا ۱۴ میلی متر استفاده کرد؛ لذا ضخامت موادی با بیشتر از ۱۴ میلی متر باید با ماشین کاری کاهش یابد تا این روش قابل اجرا باشد. در این آزمون حداقل ۵ نمونه ی پلی استایرن مقاوم به ضربه (HIPS) باید مورد آزمایش قرار گیرند.

دستگاه مورد استفاده در این آزمون، دستگاه کشش می باشد که دارای دو فک یا گیره است. این فک ها به طور کلی می توانند بسته به نوع نمونه و جنس آن تغییر کنند. فک پایین دستگاه ثابت است و برای محکم نگهداشتن آزمونه طراحی شده است. فک بالایی دستگاه علاوه بر نگه داشتن نمونه در خود، با حرکت به سمت بالا باعث کشیده شدن و اعمال تنش کششی به نمونه می شود.

حالت اولیه نمونه قبل از آزمون نباید دچار پیچ خوردگی و تاب خوردگی باشد. نمونه ها باید بین فک های دستگاه کاملاً محکم شوند، به طوری که خود فک ها باعث پارگی نمونه نشوند. نمونه ها چندان سخت نیستند، به همین دلیل امکان دارد فک ها کاملاً در یک راستا قرار نگیرند که سبب بروز خطای بزرگی در آزمون می شود. لذا حتماً باید از هم راستا بودن فک ها اطمینان حاصل شود.

پس از بستن نمونه ها و محکم کردن آنها و انجام تنظیمات روی نرم افزار دستگاه کشش، به دستگاه فرمان داده می شود تا با سرعت مشخصی (معمولاً روی ۵۰ میلی متر بر دقیقه تنظیم می شود) که مقدار آن بسته به استاندارد می تواند متفاوت باشد، نمونه را تحت تنش کششی قرار دهد. نمونه توسط دستگاه تا جایی کشیده می شود که دچار شکست شود.

نرم افزار دستگاه که قبلاً ابعاد کامل نمونه در آن وارد شده است قادر است استحکام کششی در نقاط شکست و تسلیم را مطابق تعاریف گفته شده در قسمت های قبل محاسبه و ثبت کند. اگر نرم افزار دستگاه کشش قادر به اندازه گیری استحکام کششی نبود، می توان عدد نیروی به دست آمده از دستگاه در محل پارگی را (برای نقاط تسلیم و شکست) بر سطح مقطع موثر نمونه (حاصل ضرب پهنای قسمت باریک در ضخامت نمونه) تقسیم کرد تا میزان استحکام به دست آید. به علاوه همه ی پارامترهای تست کشش در نمودار تنش- کرنش قابل مشاهده و اندازه گیری هستند.

اندازه گیری استحکام کششی (آزمون کشش)

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

14 + پنج =