آشنایی با آزمون های مکانیکی آزمون ضربه (Impact )

دستگاه تست ضربه به منظور تعیین استحکام ضربه پلاستیکها با دو روش IZOD و CHARPY برای یک نمونهی مشخص، تحت شرایط مشخص، به منظور تعیین سفتی و شکنندگی ماده مورد استفاده قرار می گیرد.

این آزمون را می توان برای ترموپلاستیکها و ترموستهای سخت به کار گرفت. تفاوت دو روش ذکر شده در نوع قرار گرفتن نمونه، نوع پاندول مورد استفاده و واحد بیان کننده استحکام ضربه می باشد.

نمونه

ابعاد نمونه در استاندارد آزمون ذکر شده است. بسته به نوع آزمون نمونه ممکن است دارای ناچ با ابعاد مشخص و یا بدون ناچ باشد. حداقل ۵ و ترجیحا ۱۰ نمونه باید مورد آزمون قرار گیرد

طبق استاندارد ISO نمونه ی قبل از آزمون باید حداقل ۱۶ ساعت و طبق استاندار ASTM حداقل ۴۰ ساعت بعد از ناچ زدن و قبل از آزمون در شرایط استاندار آزمایشگاه: دمای C°۲۳۰۲ و رطوبت نسبی % ۵+۵۰ قرار گیرد. برای موادی که غیرایزوتروپ باید در هر امتداد نمونه تهیه شود.

روش IZOD تعریف

الف) انرژی جذب شده هنگام شکست یک نمونه ی بدون ناچ نسبت به سطح مقطع تنها با یک ضربهی چکش، بهعنوان استحکام ضربه IZOD بدون ناچ شناخته شده و با واحد Kj/ m2 بیان می گردد.

ب) انرژی جذب شده هنگام شکست نمونه ناچدار نسبت به سطح مقطع نمونه تنها با یک ضربه چکش، در محل ناچ که به عنوان استحکام ضربه IZOD با ناچ شناخته شده و با واحد Kj/ m2 بیان می گردد.

ج) انژری ضربهی جذب شده reserved – notch نسبت به سطح مقطع اصلی نمونه ی ناچدار، تنها با یک ضربهیچکش، که پاندول به پشت ناچ برخورد می کند، و برحسب Kj/ m2 بیان می گردد.

ه) آزمون در شرایط محیطی استاندارد دمای C°۲۳۰۲ و رطوبت نسبی ٪۵+ ۵۰ انجام می گیرد مگر این که مورد دیگری خواسته شود.

روش کار قبل از انجام آزمون باید موارد زیر انجام گیرند:

الف) محاسبه انرژی اصطکاکی: در حالی که پاندول در وضعیت آویزان می باشد به اندازه ۵ درجه بالا برده و سپس رها می گردد، تعداد نوسانات باید از ۹۰ مرتبه

بیشتر باشد

ب) زاویه ی ضربه: پاندول از وضعیت آویزان به اندازه ی ۱۵۰ درجه بالا برده و سپس در آن جا قفل میشود.

عدد نشان داده شده در نشانگر دستگاه باید ۰٫۱+۱۵۰ باشد.

ج) تعیین زاویه بعد از آزمون بدون بار: پاندول از وضعیت آویزان به اندازه ۱۵۰ درجه بالا برده شده و قفل می۔شود. بادوبارزدندکمهتستپاندولرهامیشود. دراین حالت عدد خوانده شده باید بین ۱۴۸ تا ۱۵۰ درجه باشد. درصورتی که موارد بالا در محدودهی گفته شده نباشد روش کالیبراسیون موجود در راهنمای دستگاه استفاده می شود. سپس پاندول مخصوص IZOD روی دستگاه نصب می شود. برای نصب پاندول ابتدا سر آن به گیرهی نگه دارنده وصل و سپس از محل نگهدارنده به دستگاه متصل می شود. ضخامت و عرض نمونه ها در مرکز نمونه با دقت mm۰٫۰۲۵ اندازه گیری می شود. برای نمونه ی ناچدار، عرض باقی مانده در محاسبات در نظر گرفته میشود.

سه پایه های تنظیم کننده با ضخامت های متفاوتی برای تست IZOD وجود دارد که با کمک آنها نمونه در جای خود قرار می گیرد. سپس نمونه ی ناچ زده شده از محل ناچ به صورت عمودی رو به ضربه قرار می گیرد که میتواند در جهت ضخامت یا در جهت عرض باشد.

با توجه به آنچه در شکل مشاهده می شود، فاصلهی محل ضربه از مرکز ناچ طبق استانداردهای ISO و ASTM، ۲۲ میلیمتر است. در انتهای آزمون چهار حالت رخ میدهد:

شکست کامل: نمونه به دو قسمت مجزا تقسیم می شود.

شکست ناقص: نمونه به صورت ناقص میشکند ولی قسمت بالایی نمی تواند خودش را به صورت افقی نگاه دارد در حالی که قسمت دیگر به صورت عمودی باقی مانده است.

شکست جزیی: نمونه به صورت ناقص می شکند و حداقل ۹۰٪ عرض باقی مانده دچار شکست میشود.

نمیشکند: کمتر از ۹۰٪ عرض باقی مانده دچار شکست می شود.

نتایج در مورد اول تحت عنوان شکست کامل ثبت می شوند. انرژی لازم برای شکست نمونه به عنوان نتیجه ی آزمون ثبت می شود.

استحکام در مقابل ضربه برای تست IZOD و CHARPY طبق معادله ی زیر محاسبه می شود.

۳^A=W/h.bx10

W: انرژی ثبت شده که موجب شکست نمونه شده است

h: ضخامت نمونه بر حسب میلی متر

b: عرض نمونه

نکته: برای نمونه ی ناچدار، عرض باقی مانده در پشت ناچ نمونه به عنوان b قرار داده میشود.

روش CHARPY

روش کار

پایه ی CHARPY را نصب کرده و دقت شود طوری تنظیم گردد که محل ضربه ی چکش در حالت آویزان با مرکز نمونه کاملا مماس و در امتداد آن باشد. چکش مخصوص تست CHARPY نصب می شود. فکهای نگهدارندهی نمونه تنظیم می شود. به صورتی که با دیوارهی Anvil ها کاملا مماس شوند. نمونه به صورت افقی رو به ناچ و کاملا در وسط قرار می گیرد. فاصله بین دو تکیه گاه طبق استاندارد mm ۱۰۱٫۶ ASTM میباشد. در برنامه ی دستگاه، چکش CHARPY با وزن ثبت شده روی آن انتخاب می شود. مقاومت ضربهی CHARPY با واحد J/m و یا Kj / m نسبت به ضخامت نمونه بیان می شود.

انرژی خالص شکست نمونه ثبت می شود، در صورتی۔کهعددخواندهشدهاز۸۵٪ انرژی اسمی چکش

بیشتر باشد، چکش به اشتباه انتخاب شده است و باید چکشی با انرژی بالاتر انتخاب کنیم. آزمون با نمونهی دیگری تکرار می شود. زمانی که چکش صحیح انتخاب شد، نمونه ها با همان چکش، آزمون می شوند. بعد از این که همه – ی نمونه ها مورد آزمون قرار گرفتند مقاومت ضربه با واحد

j / m (انرژی خالص تقسیم بر ضخامت نمونه محاسبه میشود. متوسط مقادیر به دست آمده بدون در نظر گرفتن نمونه هایی که کاملا نشکسته اند، محاسبه می شود. میزان انحراف استاندارد با معادله زیر محاسبه می گردد:

نکات:

الف) طریقه ی وصل کردن چکش: در انتهای دسته ی چکش نگه دارنده یی با دو پیچ وجود دارد که برای تعویض چکش باید پیچها باز شوند.

ب) در صورتی که دستگاه قفل باشد علامت کلید در گوشه ی سمت راست مانیتور ظاهر می شود، که با زدن دکمه ی lock غیر فعال می شود.

پ) شرایط انجام آزمون – نوع وزنه، سرعت برخورد، دما و رطوبت – روی نتایج تأثیر مستقیم دارند بنابراین در آزمونهای مقایسه یی شرایط انجام آزمون بایستی کاملا یکسان باشند.

ت) آزمون، یک بار بدون نمونه انجام شود تا میزان اتلاف انرژی برآورد شود که میزان آن مطابق با استاندارد موجود باشد (کالیبراسیون)

ث) نوع شکست هر نمونه باید به صورت مجزا ذکر شود.

ج) در مورد شرایط محیطی آزمون باید به استاندارد ویژهی هر ماده مراجعه شود.

چ) برای پلاستیک های تقویت شده ی لایه ای، ضربه در دو جهت نرمال و موازی صورت می گیرد.

ح) چکش باید طوری قرار گیرد که قسمت صاف آن به نمونه برخورد کند. چکش در حالت عادی در قسمت بالای دستگاه قفل می شود زمانی که دکمه ی گرد در بالای مانیتور دستگاه فشار داده شود، چکش آزاد می۔

شود.

خ) آزمون حداقل سه مرتبه برای هر گروه از نمونه انجام می گیرد.

د) قبل از آزمون زاویه خوانده می شود، پس از انجام آزمون زاویه ی خوانده شده باید در محدودهی ۲۰ تا ۸۰ درصد زاویه ی اولیه (۱۵۰) باشد. یعنی بین ۳۰ تا ۱۲۰ درجه. در غیر این صورت، چکش انتخاب شده مناسب نیست.

ذ) انرژی خالص، میزان انرژی نشان داده شده در دستگاه منهای مقاومت هوا و اصطکاک می باشد.

دستگاه ایجاد ناچ

دستگاه ناچ زن به منظور ایجاد شکاف در نمونه های مصرفی در آزمون charpy, Izod مورد استفاده قرار می گیرد . دلیل عمده برای ایجاد ناچ در قطعه این است که وسایل بر اثر عوامل مختلف مانند جابه جایی دچار خراش می شوند که این خراش ها به شدت مقاومت ضربه ای جسم را پایین می آورد. در واقع ناچ، محلی است که تنش در آن جا متمرکز شده و جسم با اعمال فشار و یا ضربه دقیقا از همان محل میشکند. علت دیگر برای ایجاد ناچ کاهش خطای آزمایش و حذف اثر مناطق ضعیف احتمالی در قطعه میباشد. همچنین ناچ باعث می گردد که نمونه از حالت نرمی به حالت شکننده تبدیل شود. در هنگام ایجاد ناچ در نمونه دو نکته برای ما اهمیت دارد. یکی شعاع ناچ و دیگری عمق ناچ ایجاد شده. هر چه شعاع شکاف باریک تر و یا شعاع کوچک تر باشد این شکاف مخرب تر است.

این عمل باید در محیطی با دمای بین ۱۰ – ۳۰°C و رطوبت نسبی کمتر از ۸۰٪ انجام پذیرد.

روش کار:

ابتدا به وسیله ی خط کش در وسط نمونه برای نشانه گذاری محل ایجاد شکاف یک خط راست می کشیم. سپس نمونه را بر روی پایه ی مخصوص نگه دارنده قرار میدهیم. در این قسمت باید به این نکته توجه کرد که برای نمونه های مورد استفاده در حالت استاندارد ISO عمق ناچ ۲mm است و برای ایجاد آن از ابزاری کمکی جهت بالا آوردن نمونه به اندازهmmه۰٫۵۴  در پایه ی نگه دارنده نمونه استفاده شود اما در حالت استاندارد ASTMنیازی به این کار نیست و نمونه به عمق mm

۲٫۵۴ ناچ زده می شود.

در مرحله ی بعدی پیچ نگه دارنده را سفت کرده و سپس دستگاه را روشن می کنیم. با حرکت دادن اهرم جلو دستگاه در جهت عقربهی ساعت، نمونه با پایه به سمت جلو (به طرف تیغهی دستگاه) حرکت می کند و ناچ ایجاد می شود. با حرکت اهرم خلاف جهت عقربهی ساعت نمونه بیرون می آید. در این مرحله باید دقت شود که نمونه تا آخرین نقطه به سمت جلو حرکت کند. نکته ی بسیار مهم دیگر این است که عرض باقیمانده در قسمت پشت ناچ برای نمونه ASTM و برای نمونه mm10.16+0.05 باشد. در پایان پیچ نگهدارنده را باز کرده و نمونه ی ناچ خورده را در می آوریم.

آزمون نقطه نرمی و دمای تغییر فرم حرارتی تست VICAT و HDT به منظور تعیین نقطه نرمی و دمای خمش است که در آن ماده پلیمری تحت بار تغییر شکل میدهد. HDT دمایی به مانند Tg است و برای پلیمرها نیمه کریستالین بین Tg و Tm قرار می گیرد. برای مواد آمورف HDT بسیار نزدیک به Tg آنهاست. اما برای پلیمرهای بسیار کریستالین HDT در حالت کلی بالاتر از Tg و نزدیک به Tm آنها می باشد. به عنوان مثال پلی اتیلن پلیمری کریستالین است و با این که دارای

Tg = – 100C میباشد در دمای اتاق ( T = 25C) جامد است. در واقع HDT آن بین Tg و Tm آن قرار می گیرد.

نقطه نرمی (VICAT)

آزمون VICAT بر اساس میزان نفوذ یک سوزن (به شکل استوانه ای با مساحت سطح مقطع ۱mm) در نمونه پلیمری هنگام افزایش دمای نمونه است. در این آزمایش ابتدا نمونه ای با ضخامت ۳ الى۵. ۶  میلی متر زیر سوزن استاندارد و روی سوزن وزنه ای با وزن استاندارد ۱۰N یا ۵۰N قرار می گیرد. سپس دمای نمونه با نرخ ثابت

۵۰C / h (در روش A) و یا ۱۲۰C / h (در روش B) افزایش می یابد. دمایی که نفوذ سوزن به ۱mm در نمونه برسد،به عنوان دمای نرمی وایکت گزارش می شود. البته روش A متداول تر از روش B است و در اغلب پلیمرهای نیمه بلوری پرنشده (مانندPA ، POM ، PP ، PE و…) دمای نرمی وایکت با وزنه ۱۰N) ۱kg ) نزدیک دمای ذوب پلیمر است. در پلیمرهای آمورف پرنشده نیز دمای نرمی وایکات با وزنه ۱kg نزدیک دمای Tg پلیمر است هنگام گزارش دمای نرمی وایکات، ذکر وزنه استفاده شده و سرعت حرارت دهی نمونه اهمیت زیادی دارد. دمای وایکات تا حد زیادی از روش فرآوری و شکل دهی نمونه مستقل است.

دمای تغییر فرم حرارتی (HDT)

آزمون HDT بر اساس اندازه گیری تغییر شکل نمونه ای با ضخامت استاندارد (تحت وزنهای استاندارد) هنگام افزایش دمای نمونه می باشد. می توان از دمای تغییر شامل حرارتی به عنوان یک عامل حدودی در حداکثر دمای قابل تحمل (تحت بار) برای پلیمرهای مختلف استفاده نمود در این موارد داشتن دمای HDT با وزنه های مختلف و دانستن میزان تنش حداکثر در قطعه لازم خواهد بود. با توجه به نحوه ی آزمایش تغییر شکل حرارتی و دمای نرمی وایکات، دمایی HDT کم تر از دمای وایکات است. در اندازه گیری دمای تغییر نرم حرارتی نحوهی فرآوری و شکل دهی نمونه مؤثر می باشد لذا برای رسیدن به نتایج تکرارپذیر، روش شکل دهی باید ثابت باشد. نکاتی که در HDT باید مورد توجه قرار گیرد به شرح زیر است.

– پرکننده ها اغلب سبب افزایش HDT به بالای Tg پلیمر می شوند.

– فرآیند Annealing سبب افزایش HDT می گردد.

– در رزین های ترموست، با افزایش زمان پخت درجه ی اتصالات عرضی شیمیایی افزایش یافته و HDT آنها نیز متقابلا افزایش می یابد.

– HDT قابل تعمیم به دماهای دیگر نمی باشد مگر آن که کلیه ی پارامترها مانند زمان، دما و روش بارگذاری کاملا مشابه هم باشند.

– در مورد اجسام آمورف HDT همان Tg است.

– در مورد اجسام کاملا کریستاله HDT همان Tm است.

استانداردهایی که آزمایش ها با توجه به آنها گرفته می شوند ASTM D648 و ISO75 برای HDT و ASTM وD1525 و ISO306 برای VICAT است.

تجهیزات:

– اسپن (Span): دو نگه دارنده ی فلزی به نام اسپن که باعث بارگذاری دقیق در وسط، به صورت عمودی و در بالای نمونه در تست HDT میشود که در استاندارد ۶۴mm، ISO75 و در استاندارد ASTM D648 در متود ۱۰۰mm A و در متود  ۶ . mm B۱۰۱ است.

– حمام روغن: محفظهایی که درون آن با روغن پر شده باشد و قابلیت انتقال حرارت به نمونه و امکان خوب هم زدن را داشته باشد. همچنین امکان بالا رفتن دما با نرخ

۲ + ۰ . ۲C / min را نیز داشته باشد.

– کنترل پنل: دارای ۳ دکمه و یک نشانگر است که این ۳ دکمه شامل Power و Mix و Heat می باشد.

– میکرومتر: امکان اندازه گیری تغییر شکل را فراهم می کند و دارای دقت ۰ . ۰۱mm است.

– وزنه ها: یک مجموعه وزنه شامل ۱، ۲، ۴، ۸، ۶۴ ، ۱۲۸، ۲۵۶، ۵۱۲ ، ۱۰۲۴ ، ۲۰۴۸ و ۳۰۷۲ گرم که تنش لیفی ایی معادل با %۲. ۵=Mpa ۰ . ۴۵۵ یا % ۱

. ۸Mpat2 . 5 اعمال می کند. – ترمومتر: جهت اندازه گیری دما در سیستم تعبیه شده است. – سربار گذار: دارای دو سربارگذاری نیرو که یکی مخصوص HDT و دیگری مخصوص VICAT است.

نمونه:

حداقل دو نمونه با ابعاد مشخص که در استاندارد مرجع ذکر شده است برای اعمال تنش یعنی معادل ۱ . ۸۲ و۰ . ۴۵۵ مگا پاسکال در این آزمون استفاده میشود.

نمونه یی که در تست HDT استفاده میشود به شکل تسمه است. در ابتدا باید وسط نمونه را مشخص کنیم زیرا سربار گذار بر روی وسط نمونه قرار می گیرد اگر از استاندارد ASTM استفاده می کنیم به اندازه ۶۳ . ۵mm از سمت بالا و پایین وسط نمونه علامت زده و می بریم اما اگر از استاندارد ISO استفاده می کنیم به اندازه ۴۰mm از سمت بالا و پایین وسط علامت زده و می بریم.

در تست VICAT نمونه، مربعی در ابعاد ۱۰mm*10 می باشد که آن را از تسمه یا دمبل مربوطه جدا می کنیم.

روش انجام آزمون HDT در ابتدا روغن سیلیکون را به علت بالا بودن مقاومت حرارتی به درون حمام ریخته به طوری که حدود ۱

– ۱ . ۵cm بالاتر از همزن قرار گیرد تا باعث پاشیده شدن روغن نگردد. عرض و ضخامت نمونه در سه ناحیه اطراف خط وسط اندازه گیری می شود و میانگین آن را برای محاسبه ی وزنه استفاده می کنیم دسته ی مشکی را بالا کشیده و نمونه را طوری زیر سربار گذار قرار داده که نیرو کاملا به طور عمود بر روی نمونه اعمال گردد. سپس مجموعه را درون حمام روغن قرار میدهیم. وزنه های آزمون طبق فرمول زیر محاسبه شده و بر روی میلهی بارگذاری قرار داده می شود. از آن جایی که جرم میله نیز بر روی نمونه اعمال می شود باید هنگام محاسبهی وزنه ها آن را – جرم میله را کم کنیم.

در استاندارد ASTM نمونه به صورت flatwise قرار می گیرد اما در استاندارد ISO هم به صورت flatwise و هم به صورت Edgewise قرار می گیرد که اگر نمونه به صورت Edgewise قرار گیرد جای عرض و ضخامت در فرمول بالا عوض می شود.

پس از پنج دقیقه که سیستم پایدار شد دکمه Origin را نگه داشته تا میکرومتر صفر شود و سپس با استفاده از دکمه SEL نرخ گرمادهی HDT را تنظیم می کنیم هیتر و میکسر را روشن می کنیم. زمانی که میکرومتر عدد ۰ . ۲۵mm را نشان داد دما را می خوانیم و به عنوان دمای HDT یادداشت می کنیم.

روش انجام آزمون VICAT

این آزمون بسیار شبیه به روش HDT است با این تفاوت که از سربار گذار VICAT به جای سربار گذار HDT استفاده می شود همچنین در این آزمون از Span استفاده نمی شود و نمونه در محلی مربعی شکل تعبیه شده بر روی پایه قرار می گیرد. (پایه ی مربعی شکل در ابعاد ۱۰mm*10 می باشد.)

نرخ حرارتی در این آزمون۰ . ۸C / min یا ۲C / min میباشد و میزان نفوذ سوزن در ماده جهت تعیین دمای وایکات ۱mm می باشد. در این تست ۴ روش برای انجام دارد که در روش آن استفاده از وزنه ۵۰N با نرخهای ۰ . ۸C / min و ۲C / min و در روش دیگر استفاده از وزنه ۱۰N با نرخهای متفاوت ۰ . ۸C / min و ۲C / min می باشد.

آزمون کشش(Tensile)

تست تنش – گرنش اعمال نیروی متغیر بر نمونهی پلیمری و اندازه گیری افزایش طول آن تا نقطه پارگی می باشد بدین منظور نمونه ی پلیمری به شکل دمبل بین فکهای دستگاه کشش ثابت می شود. سپس با اعمال نیرو، کشش از طول اولیه شروع میشود و برای افزایش طول تا رسیدن به نقطهی پارگی (شکست) نیرو با نرخ ثابت به تدریج افزایش می یابد.

در تست خزش، گرنش و در تست استهلاک تنش، نیرو متغیر است اما در تست تنش – کرنش هم نیرو هم کرنش متغیر می باشد. بررسی تست تنش – کرنش نسبت به دیگر تست ها مشکل تر است زیرا تنش در نواحی مختلف تغییرات به صورت غیر همگن تغییر می کند.

با توجه به نمودار بالا موارد سخت و قوی (منحنی ۱) در مقابل تنش به شدت مقاومت می کنند و نمودار تنش کرنش آنها با شیب زیاد تا نقطه شکست ادامه می یابد به مانند: نایلون ها و کوپلیمرهای استایرن.

مواد چقرمه (منحنی ۲) در مقابل تنش مقاومت می کنند تا میزان تنش به تنش تسلیم ماده برسد. سپس با گذر از یک آفت در مقاومت، دوباره مقاومت ماده افزایش می یابد تا به نقطه ی شکست برسد به مانند PE.

مواد ترد و شکننده (منحنی ۳) به میزان زیاد اما کمتر از مواد سخت و قوی در برابر تنش مقاومت می کنند تابه نقطه ی شکست برسند به مانند ترموستها، PS و PMMA

مواد الاستومریک (منحنی ۴)، مقاومت کمتر ولی پایدارتری در مقابل تنش از خود نشان میدهند، این گروه نقطهی تسلیم نداشته و رفتار ضعیف تری دارند به مانند انواع رابرهای پخت شده.

مواد نرم (منحنی ۵) رفتار بسیار ضعیفی در مقابل تنش دارند و به راحتی در مقابل میزان پایینی از تنش جریان می یابند. به مانند: کائوچوی خام.

با توجه به نمودار بالا مواد چقرمه (Tough) مقاومت بالایی از خود نشان میدهند، به همین دلید به آنها مواد نشکن یا ضدضربه نیز می گویند. بدین ترتیب یکی از راههای مقاوم سازی پلمیر در برابر ضربه چقرمه کردن آن است.

از نمودارهای تنش – کرنش اطلاعات متفاوتی می توان به دست آورد که با توجه به شکل زیر عبارتند از:

تنش و کرنش تسلیم 

نقطهی ماکزیمم در منحنی، قبل از آفت تنش، مقدار تنش و کرنش تسلیم (Yield) را نشان میدهد.

در نقطهی تسلیم، مادهی ماکزیمم مقاومت خود را در مقابل تنش نشان میدهد و پس از آن گره خوردگیها در زنجیره های پلیمری باز شده و آفت مقاومت در برابر تنش مشاهده میشود. |

تنش و کرنش شکست

نقطه ی انتهای منحنی، نقطه ی شکست در ماده را نشان میدهد که در این نقطه ماده دیگر تحمل مقاومت در برابر افزایش نیرو را نداشته و به شکست می رسد.

میزان جهندگی (Resiliance)

مقدار انرژی بخش الاستیک ماده را نشان میدهد که برابر سطح زیر بخش خطی منحنی تنش – گرنش می باشد. مقدار جهندگی در واحد حجم، مدول جهندگی و مقدار چقرمگی در واحد حجم را مدول چقرمگی گویند.

در تست تنش – کرنش، نواحی مختلف، با توجه به شکل زیر شامل پدیده های فیزیکی زیر می باشند

. در بخش خطر ابتدای منحنی، ماده رفتار الاستیک نشان میدهد. (مانند فنر عمل می کند) در این ناحیه با حذف نیرو ماده به وضعیت اولیه خود باز می گردد.

•درنقطه ی تسلیم،ماده ماکزیمم مقاومت خودرانشان داده وپس ازاین نقطه،تغییرشکل( دفورماسیون) غیر قابل برگشت و رفتار پلاستیک مشاهده می شود. بدین ترتیب که در هر نقطه پس از آن، با حذف نیرو، ماده به اندازهی ناحیهی الاستیک خود بازگشت می کند و به همان اندازه که از الاستیک دور شده، تغییر شکل در آن باقی می ماند. . در ناحیه ی Cold Drawing ماده در تنش ثابت به میزان زیادی گرنش می کند. علت این امر گذر مادهاز نقطه ی تسلیم و از دست دادن مقاومت آن در برابر تنش است، بدین ترتیب که در هم رفتگیها و گره خوردگیها (Entangelments) باز شده و یک باره مقاومت ماده به شدت افت می کند.

. در ناحیهی (Srtain Hardning) ماده در برابر تنش دوباره مقاومت نشان میدهد. زیرا تا این ناحیه زنجیرهای پلیمری دچار کشیدگی شده و با هم موازی و هم جهت (Oriented) می شوند. بدین ترتیب ماده قوی تر شده و تحمل تنش آن افزایش می یابد. . در نهایت ماده پس از مقاومتی دوباره در برابر تنش در نقطه ی انتهایی به شکست می رسد.

نکات قابل توجه در این قسمت به شرح زیر است:

نمونه سازی:

همان طور که قبلا گفته شد نمونهی مورد استفاده در تست Tensile دمبلی شکل می باشد. برای آماده سازی آن ابتدا وسط نمونه را با کشیدن خطی راست مشخص می کنیم. از مبدأ خط وسط به طرف راست و چپ آن به مقدار ۵۷ . ۵mm مشخص کرده و نشانه گذاری می کنیم. خطوط دو طرف خط وسط، محل دقیق قرار گرفتن فکهای دستگاه می باشد.

قاب نیرو:

متشکل از بدنه و بلوکهای ثابت و متحرک است به همراه ۲ عدد بال اسکرو جهت تحمل و اعمال نیرو تا ۲۵. بیش از ظرفیت ماکزیمم (ضریب اطمینان). هم چنین دارای قاب های محافظ و ادوات مورد نیاز به همراهپوشش های محافظ در برابر گردوغبار می باشد. قاب های نیرو ساختاری مقاوم در برابر اعمال نیرو توسط دستگاه تا ۲۵٪ بیش از ظرفیت اسمی را دارا است.

سیستم مولد نیرو و حرکت:

موتور DC دارای توانایی اعمال گشتاور مناسب به همراه درایور ویژه از نوع سوئیچینگ است. با استفاده از میکروکنترلر دور موتور کنترل شده و امکان تأمین سرعت حرکت دستگاه از mm/ min 1 تا mm/ min۵۰۰ (با توجه به مورد استفاده و تناژ دستگاه فراهم می باشد. همچنین مولد نیرو سیستم مکانیکی مناسبی جهت انتقال حرکت از موتور به چرخهای زیرین و بال اسکروها دارد.

قاب دستگاه:

شش یا هشت تکهی متناسب با کاربرد دستگاه از نظر امنیت و استحکام دارد. در عین حال اصول طراحی صنعتی، ساختاری زیبا و متناسب جهت نصب و استفاده در آزمایشگاه در آن رعایت شده است.

فک ها:

دستگاه Tensile فکهای مختلفی برای انواع کشش (شامل پلاستیک، لاستیک، فیلم و…) فشار و خمش دارد. .

ترانس دیوسر (لودسل):لودسل نصب شده بر روی دستگاه از نوع کششی فشاری است و دقت اندازه گیری نرم افزاری قابل قبولی تا یک بیست هزارم ظرفیت لودسل را داراست. هم چنین می توان مقادیر اعشاری را در آن تنظیم نمود.

لودسل یک نوع حسگر (Sensor) الکترونیکی برای اندازه گیری وزن و نیرو است که در انواع کششی، خمشی، فشاری و پیچشی ساخته شده است. لودسل سلول حس گر وزنی است که در سیستم های توزین مورد استفاده قرار می گیرد. این محصول تغییرات وزن را بر اساس تغییرات ولتاژ بر اساس وزن بار وارده حس کرده و آن را به نشان دهنده ی الکترونیکی منتقل می نماید. لودسل ها دارای انواع مختلفی هستند که از آن جمله لودسل فشاری،لودسل کششی و لودسل خمشی را می توان نام برد. هر کدام از این انواع با کلاس های مختلفی تقسیم میشوند. هر لودسل دارای مشخصاتی نظیر کلاس ارائه شده می باشد. کلاس هر لودسل بیانگر موارد مختلفی از جمله دقت لودسل، ظرفیت لودسل و تعداد قسمت های تقسیم شده بر حسب استاندارد است.

مکانیسم عملکرد لودسل بر اساس تغییرات طول ناشی از وارد شدن بار می باشد که سبب تغییر در خروجیلودسل میشود.

لودسل ها از نظر شکل ظاهری و کاربردهایشان به چهار نوع عمده تقسیم میشوند.

الف) لودسل فشاری (Canister): شکل ظاهری این لودسل شبیه قوطی می باشد. همان طور که از نام این لودسل پیداست فشار وارده بر این نوع لودسل از طرف بار باعث تغییرات طول (کمتر از قطر یک تار مو) در لودسل میشود. از این نوع لودسل اغلب در باسکولهای جاده ای استفاده میشود.

ب) لودسل کششی (S Type): شکل ظاهری این لودسل شبیه S می باشد. مکانیسم عملکرد این لودسل نیز بر اساس تغییرات طول آن است. یک طرف این لودسل از بالا به نقطه ای ثابت وصل میشود و از طرف پایین نیرو به آن وارد می شود. از این نوع لودسل اغلب در سیستم های توزین آویز استفاده می شود.

ج) لودسل خمشی (Shear beam): از این نوع لودسل اغلب در باسکول کفه ای و برخی پروژه های خاص استفاده میشود.

د) لودسل تک پایه (Single point): این نوع لودسل اغلب برای کفه های کوچک نظیر ترازوها و باسکول ها استفاده میشود.

می توان لودسل را سنسوری تعریف کرد که برای اندازه گیری وزن و نیرو به کار می رود و در انواع مختلف کششی، خمشی، فشاری و ساخته میشود.

لودسل، شامل یک هسته ی فلزی (آلیاژ خاص) و تعدادی مقاومت کششی Strain gauge است. که به وسیلهی چسبی Strain gauge ها را به هسته متصل می شوند. بر اثر اعمال نیرو Strain gauge ها تغییر شکل می دهند اما پس از برداشتن نیرو به حالت اولیه خود برمی گردند. این میزان برگشت پذیری، مشخص کننده ی دقت و کیفیت لودسل است. زیرا یکی از نکات مهم یک لودسل دقت آن است که این دقت در واقع کلاس لودسل را مشخص می کند.

هر لودسل دارای یک ظرفیت مشخص می باشد که هر چقدر قدرت تفکیک بیشتری نسبت به ظرفیت کل را داشته باشد و دارای حد خطای مجموع کمتر و دقت بالاتری باشد، مطلوب تر به شمار می آید.

نرم افزار دستگاه تست کشش دارای ویژگیهای منحصر به فردی است که آن را مناسب برای هر نوع تست کشش و نیز هر نوع دستگاه تست کشش کرده است.

نرم افزار دارای دو ویزارد کالیبراسیون بسیار دقیق برای لودسل و اکستنسومتر می باشد. کاربر می تواند لودسل را در ۲ نقطه و اکستنسومتر را در ۶ نقطه کالیبره کند. همچنین نرم افزار انرژی نقاط تنش تسلیم و شکست را به صورت خودکار محاسبه کرده و نمایش میدهد.

روش انجام آزمون

بعد از بستن قطعه و راهاندازی دستگاه، اکستنسومترها در دو جا به قطعه اتصال داده میشوند. با شروع حرکت پیچ و مهره، قطعه تحت کشش قرار می گیرد. وظیفه ی اندازه گیری نیرو بر عهدهی لودسل می باشد. پس، اطلاعاتی که به کامپیوتر فرستاده می شود یکی نیرو که سنسورهای لودسل می فرستند و دیگری تغییر طول قطعه می باشد که مبنای آن فاصله ی اولیه ی بین اکستنسومترهاست.

بعد از بستن نمونه ی مورد آزمایش با فشردن دکمهی Start تست کشش به صورت خودکار شروع میشود. بخش کنترل، تمام فرایند تست کشش را کنترل کرده و عمل نمونه برداری از لودسل و اکستنسومتر را برای رسم منحنی تست کشش انجام میدهد. شما میتوانید پارامترهایی مانند واحد محورهای افقی و عمودی، مساحت سطح مقطع نمونه ی مورد آزمایش، طول اولیهی نمونه ی مورد آزمایش و… را قبل و یا بعد از انجام عمل تست کشش تغییر دهید. نرم افزار به صورت خودکار منحنی را بر حسب داده های جدید ترسیم می کند. تنها داده های زمان حقیقی در طول فرایند تست کشش نشان داده می شوند. نرم افزار مقادیر پارامترهای دیگر را پس از پایان تست کشش محاسبه و نمایش میدهد.

آزمون شاخص جریان پذیری مذاب (Melt flow Index) MFI به منظور اندازه گیری نرخ جریان پذیری ترموپلاستیک ها در حالت مذاب است و به معنی مقدار گرم خروجی از یک سیلندر و دای با قطر و طول معین تحت شرایط دمایی و بار مشخص در مدت زمان ۱۰ دقیقه است.

شاخص جریان مذاب برای اولین بار در پلی اتیلن استفاده شد ولی به دلیل کارایی بسیار خوب این آزمایش برای کلیه پلیمرها نیز مورد استفاده قرار گرفت. این آزمون به طور غیرمستقیم وزن مولکولی را اندازه گیری می کند و با آن رابطهی معکوس دارد به طور مثال با افزایش جرم مولکولی ویسکوزیته افزایش و شاخص جریان مذاب کاهش می یابد و نیز در بعضی موارد MFI بیانگر میزان مقاومت مواد مذاب تحت فشار است. MFI نسبت معکوس با ویسکوزیته مذاب در شرایط انجام تست دارد. در این آزمایش ویسکوزیته تنها در یک نقطه اندازه گیری می شود. نکته ی قابل توجه در این قسمت وابستگی ویسکوزتیه به مقدار وزنهی مورد استفاده است. نسبت بین MFI های یک ماده با وزن مولکولی های متفاوت معمولا به عنوان شاخصی برای پهنی توزیع وزن مولکولی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین این آزمایش شاخصی مناسب در انتخاب گریدهای مختلف برای کاربردهای متفاوت است. از مترادف های دیگر MFI می توان به Melt flow Rate و Melt Index اشاره کرد که به طور خلاصه با MFR و MI نمایش داده میشوند. استاندارهایی که با توجه به آنها آزمایش انجام می شود ASTM D1238 و ۱۱۳۳ ISO است.

تجهیزات جانبی

انواع وزنه ها، دای، تمیز کننده ی دای، ابزاری برای برداشتن دای از سیلندر، قیف، انبر، برس، آینه، دستکش، تراز و مبه می باشد. وزنه های مورد استفاده طبق جدول زیر است:

وزنه ۳۲۵ گرمی، میله بار نیز نامیده می شود . هم چنین از این میله جهت قرار دادن دای در محل خود استفاده می شود از طرفی دیگر در بالای آن محلی جهت قرار دادن وزنه های مورد نیاز تعبیه شده است. وزنهی قرار داده شده روی دستگاه شامل مجموع میلهی نگه دارنده ی وزنه است. هم چنین دای استفاده شده از جنس فولاد بوده و دارای قطر خارجی ۰ . ۰۰۷۶ +۹۰۵۵۰۴ میلی متر، قطر سوراخ ۲ . ۰۹۵۵ + ۰ . ۰۰۵۱ میلی متر و ارتفاع ۸ . ۰۰۰ + ۰ . ۰۲۵ میلی متر می باشد.

روش انجام آزمون

دستگاه را روشن کرده و هندل کنترل را در حالت block قرار میدهیم، سپس die را در دستگاه می اندازیم (دقت شود که die در قسمت انتهای سیلندر دستگاه قرار گرفته باشد در غیر این صورت از مبه تمیز کنندهی سلیندر جهت هدایت آن به انتهای دستگاه استفاده می کنیم با استفاده از آیکون SV موجود در کنترل پنل دمای دستگاه را تنظیم می کنیم، پس از رسیدن دستگاه به دمای مورد نظر دستگاه را به مدت ۱۵ دقیقه در همان وضعیت نگه میداریم تا سیلندر دای به طور یکنواخت در دمای مورد نظر قرار گیرد و سیستم پایدار گردد. تلورانس حرارتی در این وضعیت باید ۰C ۰ . ۲ + باشد. دستگاه موجود بعد از گذشت حدود ۴۵ دقیقه به وضعیت پایدار با تلورانس حدود صفر می رسد.

سپس با برداشتن میله بار و با استفاده از قیف مقدار مشخصی از ماده (به شکل گرانول، پودر یا پرک) طی مدت یک دقیقه وارد سیلندر دستگاه کرده و توسط شمبه فشرده می کنیم. لازم به ذکر است فشردن مواد پس از هر بار ریختن به دلیل خارج نمودن هوای محبوس و جلوگیری از تخریب اکسیداسیونی آن الزامی است. میزان پرشدگی سیلندر به حدی است که فاصله ی اولین نشانگر موجود بر روی میله بار تا سطح بالای سیلندر حدود ۲۵ میلی متر باشد. سپس میله بار و وزنه های دیگر روی سیلندر قرار می گیرد. در این وضعیت می بایست حدود ۰٫۵+ min7 طبق استاندارد ASTM و یا حدود ۵min طبق استاندارد ISO، ماده در داخل سیلندر و در دمای تنظیم شده نگه داشته شود تا به صورت مذاب یکنواخت درآید.

در قسمت کنترل پنل دستگاه، بخش نمایشگر زمان دارای دو آیکون SV و PV می باشد. SV نشانگر زمان تنظیم شده و PV نشانگر زمان سپری شده فرآیند می باشد. حال می توان زمان را تنظیم نمود و دکمه BUZZ را برای اعلام زمان شروع آزمون فشار داده بعد از سپری شدن زمان پیش گرما دهی، هندل کنترل در وضعیت OPEN قرار داده شده تا ماده خارج گردد، در همین لحظه با توجه به سرعت خروج ماده از دای، زمان مناسب جهت برش نمونه خروجی از دای در دستگاه تنظیم می گردد. زمان برش طوری باید انتخاب گردد که نمونه ها بین ۱۰ تا ۲۰ میلی متر باشند.

پس از آن که نشانگر دوم میله بار با بالای سیلندر مماس شد در این لحظه دکمه AUTO فشرده می گردد. مذاب پس از زمان تنظیم شده توسط کاتر دستگاه بریده میشود. به این نکته باید توجه داشت که هنگام خروج اکسترود، امکان تاب خوردگی مذاب و ماندن در قسمت خروج وجود دارد، برای ممانعت از این کار با کمک انبرک به خروج اکسترود کمک می کنیم. به وسیله ترازو وزن متوسط نمونه های بریده شده تعیین می گردد و با استفاده از تناسب وزن مذاب خارج شده از دستگاه در ۱۰ دقیقه به دست می آید و به عنوان MFI گزارش می گردد. لازم به ذکر است که زمان مناسب جهت نمونه گیری بین خطوط دوم و چهارم میله بار می باشد و هنگام رسیدن نشانه ی چهارم به سطح بالای سیلندر نمونه گیری متوقف می شود.

اگر MFI ماده ای بالاتر از ۱۰ باشد اتلاف مواد طی زمان پیش گرم کردن قابل توجه خواهد بود. در چنین ۱۰ min مواردی از یک پیستون بدون وزنه استفاده می شود، برای موادی با MFI کمتر از ۱۰ نمونه گیری از خط ۱۰ min نشانه ی دوم تا سوم و برای موادی با MFI بیشتر از ۱۰ نمونه گیری تا خط نشانه چهارم میباشد. ۱۰ min هم چنین در مواردی که MFI کمتر از ۰ . ۱ و بیشتر از ۱۰۰ باشد استفاده از این آزمون توصیه  میشود.

نظافت دستگاه:

پس از انجام آزمون پیش از سرد شدن سیلندر و دای، کلیدی قطعات دستگاه می بایست با ابزار مخصوص تمیز شوند. برای این منظور هندل کنترل در وضعیت Die out قرار گرفته، با سمبه نازکتر از بالای سیلندر، دای به خارج هدایت می شود در حالی که با دست پوشیده شده با دستکش دای از زیر سیلندر گرفته می شود. سپس دای توسط تمیز کننده ی دای و سیلندر توسط شمبه های مخصوص تمیز می شوند.

تمیز نمودن سیلندر و دای بر روی نتیجه آزمون تاثیر گذار است. بنابراین بعد از انجام هر آزمون تمیز کاری کلیه ی قطعات دستگاه الزامی است.

 

 

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

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

کلیه حقوق مادی و معنوی برای این وبسایت محفوظ می باشد.