میزان مقاومت در پلیمرها، تنها بیانگر نیروی لازم برای شکست است و نمی تواند تحولاتی که برای نمونه در طی آزمایش رخ می دهد را نشان دهد. به همین خاطر، نیاز است که رفتارهای ماده ی پلیمری مانند ازدیاد طول در نمونه مورد بررسی قرار گیرد. ازدیاد طول در واقع، نوعی تغییر شکل در یک نمونه‌ی تحت تنش است. در این مقاله با مفهوم ازدیاد طول به عنوان یکی از خواص مکانیکی پلی استایرن مقاوم به ضربه (HIPS) و نحوه ی اندازه گیری آن آشنا خواهیم شد.
ازدیاد طول چیست؟
در آزمون مقاومت کششی که جهت اندازه گیری خواص مکانیکی مواد پلیمری از جمله پلی استایرن مقاوم به ضربه (HIPS) انجام می شود، نمونه ی پلیمری از طریق کشیده شدن، تغییر شکل می‌دهد و بر میزان طول آن افزوده می‌شود که به این تغییر شکل، ازدیاد طول گفته می شود. مقدار درصد ازدیاد طول برابر با مقدار طول نمونه پس از کشیده شدن، تقسیم بر طول اولیه‌ی آن ضرب در ۱۰۰ می باشد.
ازدیاد طول نهایی برای هر نوع ماده ی پلیمری بیانگر مقداری است که می توان نمونه را پیش از نقطه شکست آن کشید.
ازدیاد طول برگشت پذیر نیز عبارت است از درصد ازدیاد طولی که می توان بدون تغییر شکل دائمی و بازگشت ناپذیر نمونه به آن دست یافت، یعنی تا زمانی که پس از برداشتن تنش، نمونه سریعاً به طول اولیه ی خود بازگردد. اندازه گیری این مقدار در مواد الاستومری از اهمیت زیادی برخوردار است.
پلاستیک های سخت در تست کشش با افزایش تنش، تغییر اندازه یا کرنش خیلی زیادی ندارند و چندان دچار تغییر شکل نمی شوند. تغییر شکل این پلاستیک ها به صورت الاستیک است و این مواد تنش را تا نقطه ای که دچار شکست شوند، تحمل می کنند.
پلاستیک های منعطف در دسته ی دیگری قرار دارند. این نوع پلاستیک ها با اعمال تنش در ناحیه تغییر شکل به صورت الاستیک عمل می کنند تا به نقطه تسلیم برسند. پس از رسیدن به نقطه تسلیم، با افزایش مقدا کمی تنش دچار تغیر اندازه ی زیادی می شوند تا به نقطه شکست برسند.
آزمون ازدیاد طول (آزمون کشش)
آزمون مقاومت کششی آزمونی است که نمونه در آن تحت یک نیروی کششی تا رسیدن به نقطه شکست قرار می‌گیرد و ازدیاد طول در آن نیز به صورت همزمان با نیرو یا بار اعمالی ثبت می شود. نتایج حاصل از این آزمون به منظور کنترل کیفیت و پیش‌بینی رفتار یک ماده تحت تأثیر انواعی از نیروها قابل استفاده هستند.
با انجام این آزمون می توان منحنی تنش- کرنش ماده ی پلیمری را که نشان دهنده رفتار ماده ی تحت کشش است، بر اساس مقادیر نیروی اعمالی بر حسب ازدیاد طول رسم کرد. در اکثر آزمون‌های کشش مواد، مشاهده می شود که در مراحل اولیه، بین نیروی اعمالی یا بار وارده و ازدیاد طول نمونه، ارتباط خطی وجود دارد و تنش متناسب با کرنش است. در این ناحیه، نمودار از رابطه ی هوک تبعیت می‌کند که در آن نسبت تنش به کرنش مقدار ثابتی به نام مدول الاستیسیته یا مدول یانگ است.
مدول الاستیسیته مقیاسی از سختی ماده بوده و فقط در ناحیه خطی منحنی اعمال می گردد. در نقطه ای که منحنی دیگر خطی نیست و از خط مستقیم انحراف دارد، قانون هوک قابل اجرا نبوده و تغییر شکل دائمی در نمونه اتفاق می افتد. به این نقطه حد الاستیک یا حد تناسب گفته می‌شود. از این نقطه به بعد در آزمون کشش، پس از افزایش بار یا نیرو، اگر بار از نمونه برداشته شود، ماده به شرایط اولیه قبل از اعمال نیرو بر نخواهد گشت.
در حین انجام آزمون کشش می‌توان میزان ازدیاد طول نمونه تحت آزمون کشش را به دست آورد. این مقدار می تواند با اندازه‌گیری مطلق میزان تغییر در طول یا اندازه گیری نسبی تغییر طول که به آن کرنش نیز گفته می شود، به دست آید.
میزان کرنش را می توان به دو طریق مختلف بیان کرد: کرنش مهندسی و کرنش حقیقی. کرنش مهندسی از نسبت تغییر طول به طول اولیه حاصل می گردد و مستقل از هندسه و شکل قطعه است. کرنش حقیقی نیز مشابه کرنش مهندسی است با این تفاوت که بر اساس طول آنی و لحظه ای نمونه تعیین می شود.
نحوه انجام آزمون ازدیاد طول (آزمون کشش)
آزمون ازدیاد طول که با نام آزمون کشش نیز شناخته می شود، طبق استاندارد ASTM D638 برای کوپلیمر پلی استایرن مقاوم به ضربه (HIPS) قابل انجام است. در این آزمون حداقل ۵ نمونه باید مورد آزمایش قرار گیرند و اندازه ترجیحی نمونه ها، یک نوار مستطیلی با پهنای بین ۱۰ الی ۲۵ میلی متر و طول حداقل ۱۵۰ میلی متر می باشد.
دستگاه مورد نیاز برای این آزمون، دستگاه کشش است که دارای ۲ فک یا گیره می باشد. این فک ها می توانند بسته به نوع آزمونه و جنس آن تغییر کنند. فاصله اولیه بین گیره ها یا فک های دستگاه ۱۰۰ میلی متر است. نمونه ها باید در داخل این فک ها محکم شوند. فک پایین دستگاه ثابت است و وظیفه آن محکم نگه داشتن نمونه است. فک بالایی دستگاه علاوه بر نگه داشتن نمونه، با حرکت به سمت بالا باعث کشیده شدن نمونه و اعمال تنش کششی به آن می 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 نمونه را با سرعت مشخصی (معمولاً ۵۰ میلی متر بر دقیقه) که مقدار آن بسته به استاندارد می تواند متفاوت باشد، تحت تنش کششی قرار دهند. نمونه تا زمانی که دچار شکست شود، کشیده می شود.
در انتها و پس از رسیدن نمونه به نقطه ی شکست، نیروی لازم برای ایجاد ازدیاد طول گزارش می‌شود و منحنی نیرو بر حسب ازدیاد طول، ترسیم می شود؛ زیرا نرم افزار دستگاه که پیش از این ابعاد کامل نمونه در آن وارد شده است، می تواند کرنش و ازدیاد طول در نقطه شکست را مطابق فرمول محاسبه کند. با انجام محاسبات لازم نیز می توان منحنی تنش بر حسب کرنش مهندسی را از منحنی اولیه استخراج کرد.
