تست خزش مواد پلاستیکی

در ادامه بحث خواص مکانیکی مواد پلاستیکی و طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک ، به بررسی تست خزش مواد پلاستیکی پرداخته می شود.

تولیدکنندگان مواد، داده‌های خزش را با قرار دادن نمونه‌های آزمایشی قالب‌گیری شده (که توسط فرآیند قالب‌گیری تزریقی یا فشاری تهیه شده‌اند) تحت سطوح مختلف تنش (معمولاً چهار یا بیشتر از چهار مقدار تنش متفاوت) و نظارت بر تغییر طول یا کرنش به عنوان تابعی از زمان تولید می‌کنند (شکل 1).

آزمایش‌ها معمولاً در یک سری از محیط‌های دمای ثابت که دماهای معمول استفاده برای ماده مورد نظر هستند، انجام می‌شوند. آزمایش‌ها می‌توانند در کشش، فشار، خمیدگی یا برش انجام شوند.

ایده‌آل این است که آزمایش‌ها برای سال‌های متمادی انجام شوند تا واقعاً رفتار خزش و پارگی خزش ماده را کمی‌سازی کنند؛ با این حال، به دلیل محدودیت‌های عملی، آزمایش‌ها معمولاً برای مدت زمان کوتاه‌تری انجام می‌شوند.

برای طراحان مهم است که تعیین کنند آیا داده‌های خزش که با آن‌ها کار می‌کنند، داده‌های تجربی واقعی هستند یا داده‌های برون‌یابی شده (از یک آزمایش کوتاه‌مدت). امکان برون‌یابی منحنی‌های خزش و پارگی خزش وجود دارد؛ با این حال، باید با احتیاط انجام شود.

شکل 1 داده‌های تست خزش با قرار دادن نمونه‌های قالب‌گیری شده تحت یک سری بارها یا تنش‌ها و نظارت بر تغییر طول یا کرنش در طول زمان (کشش، فشار، خمیدگی یا برش) تولید می‌شود.

شکل 2 داده‌های تجربی حاصل از یک آزمایش خزش برای ترسیم منحنی‌های کرنش در برابر زمان لگاریتمی در سطوح مختلف تنش (در دمای ثابت و رطوبت نسبی) استفاده می‌شود.

داده‌های تجربی خزش معمولاً به‌صورت یک نمودار ترسیم می‌شوند که کرنش را به‌عنوان تابعی از زمان لگاریتمی در دمای ثابت/رطوبت نسبی و سطوح مختلف تنش نشان می‌دهد تا یک منحنی خزش تولید شود (شکل 2).

شیب منحنی خزش نشان‌دهنده ثبات ابعادی وابسته به تنش ماده پلاستیکی است. سطوح بالاتر تنش باعث افزایش خزش می‌شوند، همان‌طور که دماهای بالاتر نیز این اثر را دارند.

شکل 3 مقاومت خزش یک پلیمر با افزودن الیاف تقویت‌کننده به‌طور قابل توجهی بهبود می‌یابد.

شکل 4 الیافی که به‌طور معمول برای افزایش مقاومت خزش یک پلیمر استفاده می‌شوند شامل الیاف شیشه و الیاف کربن هستند.

نرخ خزش برای پلیمرهای پر شده و تقویت شده با الیاف به‌طور قابل توجهی کمتر از مواد بدون پرکننده است، به شرطی که از عوامل جفت‌کننده مناسب استفاده شود. شکل 3 نشان می‌دهد که مقادیر کرنش خزش برای نایلون تقویت شده با الیاف شیشه به‌طور قابل توجهی کمتر از نایلون خالص 6/6 است، حتی زمانی که ماده تقویت شده تحت سطوح بالاتر تنش قرار گیرد.

مقاومت در برابر خزش می‌تواند با استفاده از تقویت‌های الیاف گرافیتی حتی بیشتر افزایش یابد، همان‌طور که در شکل 4 نشان داده شده است. باید در اینجا ذکر شود که اثرات خطوط جوش و جهت‌گیری الیاف بر رفتار خزش باید هنگام کار با گریدهای پلیمر تقویت شده با الیاف مورد توجه قرار گیرد.

در طول آزمایش خزش، معمولاً نمونه‌ها برای تسلیم، پارگی، ترک‌های ناشی از تنش، ترک‌خوردگی و سفیدی ناشی از تنش بررسی می‌شوند. داده‌های آزمایش پارگی خزش (یا تسلیم) معمولاً ترسیم می‌شوند تا مجموعه‌ای از منحنی‌ها در دماهای مختلف تولید کنند که نشان‌دهنده تنش شکست یا تسلیم به‌عنوان تابعی از زمان لگاریتمی باشد، همان‌طور که در شکل 5 نشان داده شده است.

پارگی خزش می‌تواند به‌صورت شکست‌های شکل‌پذیر یا شکننده رخ دهد که معمولاً با ظاهر ماکروسکوپی متمایز می‌شوند. شکست‌های شکل‌پذیر شامل نوعی تغییر شکل پلاستیک عمده هستند، مانند تسلیم، باریک شدن یا برش، که همگی شامل تغییر شکل یا اعوجاج هستند. از سوی دیگر، شکست‌های شکننده شامل تغییر شکل عمده نیستند و تنها شامل تغییر شکل پلاستیک بسیار موضعی هستند.

شکل 5 تنشی که یک قطعه پلاستیکی در حالت خزش دچار تغییر شکل یا شکست می‌شود، به مدت زمان بارگذاری خزش و دما بستگی دارد. مقادیر تنش تسلیم و شکست در خزش برای یک پلی‌کربنات در دماهای مختلف نشان داده شده است.

شرکت نوآوران علوم مهندسی پویا برای مشاوره در زمینه طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک آماده ارائه خدمات به علاقه مندان می باشد.