آزمون های کنترل کیفیت مواد اولیه لوله پلی اتیلن تک‌جداره و دوجداره

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه لوله پلی اتیلن

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه لوله پلی اتیلن

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه لوله های پلی اتیلن 

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه محصولات پلیمری توسط کارشناس آزمایشگاه کنترل کیفیت انجام میشود از این رو این کارشناسان باید با خواص و ساختمان پلیمرها و ارتباط آنها با فرآیند های شکل دهی و … آشنایی کامل داشته باشند تا بتوانند نتایج آزمون های انجام شده را به خوبی بررسی و تجزیه و تحلیل نمایند .

 

آزمون های کنترل کیفیت به دو دسته تقسیم میشوند:
الف) آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه
ب)  آزمون های کنترل کیفیت لوله

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

در این آزمون رفتار مواد اولیه به کار رفته را مورد بررسی قرار می دهیم از جمله آزمون های این دسته میتوان به آزمون کشش اشاره نمود .

آزمون کشش

محصولات پلیمری تولید شده بر حسب کاربرد آنها در معرض یکسری از تنش ها قرار میگیرند که میتواند شامل تنش هایی از نوع فشاری،کششی،خمشی،پیچشی و … باشند . برای تعیین خواص مکانیکی ماده و همچنین مقایسه مواد مختلف تحت تنش مهمترین تست مورد کاربرد تست کشش است . در این آزمون نمونه را به صورت دمبلی شکل با ابعاد استاندارد در آورده و سپس از دوطرف با سرعت ثابت کشیده می شود تا آنجایی که نمونه پاره شده یا بشکند و با ثبت لحظه ایِ نیرو بر حسب تغییر طول نمونه ، خصوصیات مکانیکی مهم ماده تعیین می­شود . معمولا نیرو و تغییر طول را به ابعاد اولیه نمونه تقسیم کرده و حاصل این تقسیم به ترتیب تنش نرمال ( σ ) و کرنش ( ε ) می­باشند.

σ= F⁄S0
ε= ∆L⁄L0

در فرمول های ذکر شده S0و L0  به ترتیب مساحت و طول اولیه هستند . با ثبت لحظه به لحظه اطلاعات دستگاه و محاسبه تنش و کرنش در هر لحظه نمودار تنش – کرنش به صورت زیر می باشد

 

"<yoastmark

اصطلاحات و بررسی نمودار

قسمت اول نمودار تا نقطه (   σy و εy )  ناحیه الاستیک نام دارد . تا قبل از این نقطه اگر نیرو را قطع کنیم طول اضافه شده به نمونه به وسیله کشش ، به صفر میرسد و به عبارتی نمونه به شکل و اندازه اولیه خود باز میگردد . قسمت بالای نمودار یعنی از نقطه (εy  و σy )  به بعد در صورت قطع کردن نیرو ، مقداری از تغییر شکل از بین نمی­رود و این قسمت را منطقه پلاستیک می نامند.

یا مدول الاستیک (E) مدول یانگ

مدول یانگ شیب قسمت الاستیک منحنی تنش کرنش می­باشد . مدول یانگ با میزان سفتی ماده  (stiffness) رابطه مستقیم دارد یعنی هرچه ماده سفت تر باشد از مدول بالاتری نیز برخوردار خواهد بود .

تنش تسلیم Yield point

نقطه ای در نمودار تنش – کرنش که میزان تنش از آن نقطه به بعد ثابت می شود ویا کاهش می­یابد و تغییر شکل ماده به صورت پلاستیک است .

استحکام کششی

بیشترین مقدار تنش تحمل شده توسط ماده در نقطه شکست است . استحکام کششی با سختی  (stiffness) رابطه مستقیم دارد یعنی هرچه ماده سخت تر باشد از استحکام کششی بالاتری برخوردار خواهد بود .

انرژی شکست

میزان انرژی که ماده جذب می­کند تا بشکند و این مقدار انرژی برابر با مساحت زیر نمودار است .

در حالت کلی برای پلیمر ها دو نوع رفتار تعریف میشود :

  • رفتار شکننده Brittle:
  • رفتار نرم : Ductile

ماده ای که تحت تنش بدون اینکه تغییر شکل دهد دچار شکست گردد از نظر رفتاری ، رفتار شکننده (Brittle)  مشابه رفتار جسم الاستیک می باشد. این مواد در اثر اعمال تنش می شکنند در حالی که مواد (Ductile)در اثر تنش پاره میشوند شکل زیر دو نوع رفتار گفته شده را برای دو نمونه پلی اتیلن و پلی استایرن در قالب نمودار های تنش – کرنش نمایش میدهد .

 

نمودار تنش کرنش پلی اتیلن و پلی استایرن

نمودار تنش کرنش پلی اتیلن و پلی استایرن

 

برای مقایسه بهتر رفتار پلیمرها باهم انواع رفتار ها در نمودار زیر نمایش داده شده است .

 

نمودار تنش کرنش انواع مواد

نمودار تنش کرنش انواع مواد

 

رفتار نمودار ۱و۴ نشان میدهد که دو نمونه (Brittle)هستند زیرا نقطه تسلیم از خود نشان نداده اند ولی در نمودار ۱ که سطح زیر نمودار بیشتر است نشان دهنده این است که انرژی شکست آن بیشتر است و به ماده  (stiff)و به سطح زیر نمودار ماده  (stiffness)میگویند . رفتار نمودار های ۲ و۳و ۵ نشان دهنده  (Ductile)بودن نمونه ها است . ولی از نظر خواص دارای تفاوت هایی با یکدیگر هستند . نمودار شماره ۳ یک ماده چقرمه را (tough) را نشان میدهد و نمودار شماره ۵ یک ماده نرم  (soft) می­باشد . و از سطح زیر نمودار نیز دریافت میشود که انرژی پارگی مورد ۳ بیشتر از ۵ است . به سطح زیر نمودار نمونه های ۲و۳و۵ چقرمگی (toughness) نیز میگویند .بهترین رفتار ، رفتار (Ductile) با چقرمگی بالا است که پلاستیک های مهندسی از این رفتار باید پیروی کنند . نمودار ۶ نشان دهنده رفتار رابری می باشد . که این نوع رفتار از نوع (Brittle) می باشد .

  • پلیمرها بسته به نوع عوامل مختلف میتوانند هم رفتار شکننده وهم رفتار (Ductile) از خود نشان دهند عوامل تاثیر گذار عبارتند از دما ، سرعت اعمال تنش ، ضخامت قطعه ، تنش های باقیمانده ، رشد ترک ناشی از ترکیب با محیط مهاجم ESCR ، وجود حفره و خوب پخش نشدن افزودنی ها در پلیمر .

 

عوامل تاثیر گذار در رفتار پلیمرها

الف) دما

درصورت سرد کردن پلیمر رفتار پلیمر را از حالت (Ductile) میتوانیم به حالت شکننده تغییر دهیم . یکی از تست های مهم که میتوان چقرمگی اجسام را سنجید ، تست مقاومت نسبت به ضربه در دماهای پایین است . برای هر پلیمر دمایی وجود دارد که در زیر آن دما پلیمر رفتاری شکننده و در بالای آن دما ماده رفتار (Ductile)  از خود نشان می­دهد .

 

ب) سرعت اعمال تنش

برای هر پلیمر یک سرعت اعمال تنش وجود دارد که هرچقدر سرعت اعمال تنش را بیشتر کنیم  پلیمر از حالت (ductile) به حالت شکننده در می‌آید .

ج) ضخامت قطعه

هیچ گاه نباید در طراحی برای افزایش استحکام از افزایش ضخامت استفاده کرد . هرچه ضخامت قطعه بیشتر شود از حالت (Ductile) به حالت شکننده نزدیک تر می­شویم .

 

د)تنش های باقیمانده

به هنگام خروج لوله از اکسترودر سطح بیرونی لوله توسط جریان های خنک کننده سرد می­شود به همین دلیل سطح بیرونی لوله از سطح درونی لوله زودتر خنک می­شود بنابراین در سطح داخلی لوله بلورینگی بیشتری داریم و دانسیته لایه داخلی لوله بیشتر از لایه خارجی می شود. و زنجیر ها درون لایه های منظم کریستالی به صورت فشرده تر قرار میگیرند و به این ترتیب لایه داخلی تمایل به جمع شدن دارد اما لایه خارجی این اجازه را به آن نمی­دهد و به همین دلیل لایه داخلی تحت تنش کششی و لایه خارجی تحت تنش فشاری قرار می گیرند (شکل۳۰) به این گونه تنش های موجود درون لوله تنش باقیمانده گفته می­شود .

 

توزیع تنش در دیواره لوله

توزیع تنش در دیواره لوله

در اثر تنش های باقیمانده ، انتهای لوله به سمت داخل جمع میگردد که در شکل زیر این اثر قابل مشاهده است .

خمش دیواره لوله درانتهای لوله

خمش دیواره لوله درانتهای لوله

ه) رشد ترک ناشی از ترکیب با محیط مهاجم (ESCR)

لوله های استفاده شده برای آبیاری قطره ای در اثر فشار آب و وزن خاک تنش روی آن وارد میشود و هم اینکه در داخل آب و محیط اطراف مواد معدنی وجود دارد و علاوه بر آن ترکیب خاک ، تابش نور خورشید خصوصا اشعه ماورای بنفش به روی لوله اثر میگذارد که به کلیه این عوامل محیط مهاجم گفته میشود . ESCR یک نقیصه از نوع شکننده است . برای رفع آن باید انعطاف پذیری را زیاد کنیم به عبارتی با انتخاب مواد صحیح از میزان ناحیه کریستال کاسته و به حجم ناحیه آمورف اضافه کنیم .

 

و) وجود حفره

وجود حفره ها و ترک های ریز در داخل محصول باعث تمرکز تنش و در نهایت شکست زودتر محصول زیر بار می­شود .

 

ز) خوب پخش نشدن پرکننده ها در داخل پلیمر

در برخی موارد به مواد پلیمری پودر های جامدی مانند دوده ، کربنات کلسیوم و … اضافه می­گردد که اگر این مواد به طور یکنواخت در پلیمر پخش نشوند باعث تمرکز تنش و ایجاد اثر نامطلوب می­شوند.

 

آزمون های کنترل کیفی مستربچ

    • وضعیت ظاهری

 

رنگ و حالت مستربچ باید از نظر ظاهری مناسب باشد و بو ندهد زیرا در صورت داشتن بو یعنی تخریب انجام شده و دیگر قابلیت استفاده را ندارند .

  • یکنواختی ساختی

باید فاقد رشته و دنباله باشد و نباید دو یا چند گرانول به یکدیگر چسبیده و متصل شده باشند .

  • یکسانی پایه پلیمری با لوله

به دلیل دستیابی به اختلاط مناسب ، پلیمر پایه مستربچ مورد استفاده باید با مواد پایه لوله یکسان باشد .

  • آزمون ثبوت رنگ

ابتدا حدود ml۳۰ آب و ml۳۰ گلیسیرین را برداشته و بر روی هر کدام چند قطره اسید می‌ریزیم و سپس دو ظرف دیگر گلیسیرین و آب را برداشته و چند پولک سود داخل آنها می‌اندازیم و به وسیله سود محیط را به محیطی قلیایی تبدیل میکنیم . در هر کدام از این ۴ ظرف که حجم یکسان دارند ، ۱ گرم نمونه مستربچ را اضافه میکنیم و به مدت ۴۸ ساعت در دمای محیط قرار می­دهیم . پس از گذشت ۴۸ ساعت نباید تغییری در رنگ نمونه ایجاد شده باشد .

  • آزمون تشخیص مستربچ مرغوب

برای بررسی کیفیت مستربچ لوله های پلی اتیلن مقداری زایلین را حرارت داده تا به جوش آید و در این حالت یکدانه مستربچ را به زایلین درحال جوشیدن اضافه میکنیم . اگر مستربچ از مرغوبیت کافی برخوردار باشد ، باید کاملا خود را رها کند در غیر این صورت مستربچ ما مرغوبیت  ندارد . برای مستربچ لوله های PP میتوانیم از حلال دکالین در دمای ۱۳۵ درجه سانتی گراد نیز استفاده کنیم .

جدول زیر مشخصات دوده را برای استفاده در لوله های پلی اتیلن نمایش میدهد .

ویژگیحد
خاکسترکمتر از 0.1%
مواد قابل استخراج با تولوئنکمتر از 0.03%
گوگردکمتر از 0.1%
اندازه ذرهکمتر از 25nm
باقیمانده روی الک مش۳۲۵کمتر از 20ppm

 

 

 

آزمون شاخص جریان مذاب

مقدار MFI به صورت مقدار ماده مذابی که در مدت ۱۰ دقیقه از دستگاه استاندارد و در دمای مشخص استخراج شده است تحت بار معین و درجه حرارت مشخص خارج میگردد، تعریف میشود . MFI برای تعیین میزان سهولت قالب گیری مواد پلیمری به طریق تزریق و اکستروژن مفید بوده و با وزن مولکولی پلیمر نسبت عکس دارد یعنی هرچه پلیمر دارای طول زنجیر بیشتر و جرم مولکولی بالاتر باشد به دلیل گره خوردگی بیشتر زنجیره ها دارای MFI کمتری خواهند بود . آزمایش MFI برای تشخیص گرید های مختلف یک پلیمر، کنترل کیفیت ترموپلاستیکهای دارای ویسکوزیته نسبتا پایین و طبقه بندی آنها به کار میرود . درجه حرارت و بار استاندارد برای انجام آزمایش MFI برای هر پلیمر متفاوت است . درجه حرارت آزمایش پلی اتیلن ۱۹۰ درجه سانتی گراد و برای پلی پروپیلن برابر ۲۳۰ درجه سانتی گراد می‌باشد . بار استاندارد برای LDPE وPP ،2.160 کیلوگرم و برای  HDPE برابر ۵ کیلوگرم نیرو است . همچنین نمونه مورد استفاده می­تواند به صورت یکی از انواع گرانول ، پودر ، فیلم یا قطعه ، قالب گیری شده باشد .

بر اساس استاندارد ISIRI 6980 از لوله تولید شده باید MFI  تهیه شود و آنرا با مواد اولیه مقایسه کرد اضافه کردن مقدار کمی دوده در حدود ۲ دهم درصد تغییر محسوسی در میزان MFI  ایجاد نخواهد کرد .  در صورت وجود تفاوت زیاد در لوله و مواد انتخابی موارد زیر استنباط میگردد .

  • دمای بالای فرآیند باعث تخریب شده است . (درمورد PE سوختن و شبکه ای شدن و درمورد PP پاره شدن زنجیر رخ میدهد .)
  • مستربچ دارای مشکل و خراب بوده است
  • در داخل اکسترودر نواحی مردابی شکل گرفته است و مدت زمان اقامت مواد در سیلندر افزایش پیدا کرده است .(دلیل عدم خاموش کردن اکسترودر در هنگام تولید)
آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

 

آزمون شاخص جریان مذاب

آزمون شاخص جریان مذاب

آزمون دانسیته

در تقسیم بندی جدید ، پلی الفین ها را بر اساس حداقل استحکام مورد نیاز طبقه بندی میکنیم(MRS) . در دسته بندی قبلی بر اساس دانسیته تقسیم بندی میشدند . اما معیار دانسیته نیز همچنان مفید بوده و قابل استناد می‌باشد . به عنوان مثال برای تعیین و مقایسه گرید های مختلف و یا تعیین میزان و درصد دوده از معیار دانسیته نیز می­توانیم استفاده کنیم ‌.

 

انواع دانسیته قابل اندازه گیری

  1. دانسیته توده شامل دانسیته اجزای ذرات پلیمر مانند حفره ها و فضاهای خالی ما بین ذرات است و مقدار آن از تقسیم جرم توده ذرات به حجم توده ذرات قابل محاسبه است

 

 

ρSG=mSG/VSG

بر طبق استاندارد ISI 60  نیزبا توجه به مشخص بودن حجم ظرف به طریق زیر قابل محاسبه است.

ρSG=(m1-m0)/V

 

در دانسیته های پایین (کمتر از ۰.۲ گرم بر سانتی متر مکعب ) با مشکلاتی درانتقال مواد از قیف به درون اکسترودر مواجه هستیم و انتقال مواد در طول ناحیه انتقال جامد مارپیچ خواهد شد و این امر باعث کاهش دبی جریان میشود .

 

آزمون دانسیته توده

آزمون دانسیته توده

  1. برای تعیین دانسیته لوله بر اساس استاندارد ISIRI 7175-5  از روش های متفاوتی میتوان استفاده نمود که برخی از آنها به شرح زیر هستند :

الف) تقسیم جرم به حجم

ب ) ستون دانسیته

ج) شناور سازی و …

در بین روش های یاد شده ، روش ستون دانسیته دقیق ترین روش است .

تعیین دانسیته لوله

تعیین دانسیته لوله

 

آزمون تعیین درصد دوده

پلی الفین ها  در اثر قرار گیری در معرض اشعه ماوراءبنفش و در حضور اکسیژن تخریب میشوند . به این صورت که زنجیر های پلیمری تحت یک واکنش رادیکالی تخریب شده و ساختار آنها دچار تغییراتی میشود که این تغییر ساختار باعث تغییر در خواص فیزیکی ماده میگردد و شاهد افت کیفیت چشمگیری در قطعه خواهیم بود . به همین منظور برای قطعاتی که در معرض این اشعه قرار دارند افزودنی های ضد اشعه ماوراءبنفش توسط یه فرآیند اختلاط مناسب به مواد اولیه اضافه میکنیم . “دوده” یکی از موادی است که قابلیت جذب اشعه ماوراءبنفش را داراست و یکی از دلایل استفاده آن در صنعت پلی الفین ها است .از جمله خواصی که باعث استفاده از دوده در صنعت پلی الفین ها شده است  به موارد زیر میتوان اشاره نمود

خواص دوده

الف)خواص مناسب دوده در جذب اشعه ماوراء بنفش و محافظت پلی اتیلن در برابر هوازدگی

ب)سطح ویژه بالای دوده (نسبت سطح ذرات به وزن)

ج)قیمت مناسب

د)قابلیت شناسایی و اندازه گیری نسبتا آسان مقدار دوده

ه)رنگ دهی لوله

 

در صورتی که مقدار دوده افزوده شده به قطعه کمتر از میزان مورد نیاز قطعه باشد ، قطعه ما مقاومت کافی در برابر اشعه UV  را نخواهد داشت . و درصورتی که میزان دوده اضافه شده بیشتر از میزان مورد نیاز باشد ، میزان فرآیند پذیری مخلوط نهایی کاهش میابد . پس شرط لازم برای محافظت دوده از پلیمر در برابر اشعه UV به کار بردن مقدار مناسب دوده است .ذرات دوده به دلیل ساختار شیمیایی خاص خود تمایل به خوشه ای شدن دارند به همین جهت اختلاط باید به گونه ای باشد که علاوه بر خرد شدن و پخش شدن ذرات به صورت مناسب در زمینه پلیمر(پلی اتیلن)توزیع شوند تا بتواننداثر بخشی مطلوبی در محافظت کامل از پلیمر داشته باشند .

با توجه به موارد ذکر شده برای سنجش میزان مقاومت یک پلیمر نسبت به اشعه ماوراءبنفش دو مورد میزان افزودنی و چگونگی پراکنش و توزیع افزودنی را مورد سنجش قرار می­دهیم . به دست آوردن میزان دوده موجود در مخلوط از دو روش پیرولیز و دانسیته قابل اندازه گیری است .

روش پیرولیز

این روش مطابق استاندارد ISIRI 7175-2 برای تعیین میزان دوده در ترکیبات پلی اتیلنی می­باشد که به روش وزنی پس از اینکه آزمون در محیط بی اثر ازت پیرولیز شد انجام میشود .

روش دانسیته 

در این روش با داشتن دانسیته مواد اولیه و اندازه گیری دانسیته لوله از رابطه زیر میتوانیم درصد دوده را اندازه گیری کنیم .

در فرمول دانسیته مواد اولیه ، دانسیته لوله و C درصد کربن است

 

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

شکست لوله در برابر نور خورشید

شکست لوله در برابر نور خورشید

 

آزمون بررسی پراکنش دوده

همانطور که در آزمون اندازه گیری مقدار دوده چگونگی پراکنش و توزیع دوده در مقاومت قطعه نسبت به اشعه UV بیان گردید ، ذرات دوده اگر خرد نشوند و به صورت توده ای باقی بمانند میتوانند باعث تمرکز تنش وارده به لوله شوند و این امر منجر به شکست لوله شود همچنین توزیع ذرات دوده در سرتاسر زمینه پلیمری جهت محافظت کامل از قطعه در برابر اشعه ماوراءبنفش ضروری است به همین منظور استاندارد تعریف شده برای این امر استاندار  ISIRI 7175-6 است .

 

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

 

 

بررسی پراکنش دوده

بررسی پراکنش دوده

آزمون پایداری حرارتی

زمان پایداری اکسیداتیو ، تعیین مقاومت یک ماده در برابر اکسایش می­باشد که به وسیله آنالیز حرارتی ،فاصله زمانی شروع اکسایش گرمازایی در یک ماده در درجه حرارت مشخص در محیط حضور اکسیژن تا شروع تخریب ماده توسط دستگاه DSC و استاندارد ISIRI 7186   انجام میگردد.

 

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

 

آزمون پایداری حرارتی

آزمون پایداری حرارتی

 

هرچه میزان افزودنی پایدار کننده حرارتی پلیمر بیشتر باشد شاخص افزایش یافته و باعث افزایش مدت زمان تخریب ماده میگردد .

در زمان تولید قطعات پلیمری احتمال دارد که مواد مدتی را در داخل اکسترودر باقی بمانند به همین منظور باید مواد دارای پایداری حرارتی مناسب باشند تا تخریب نشوند . موادی مانند  PE و PP دارای مقاومت حرارتی پایینی هستند به همین جهت پس از سنتز افزودنی هایی برای پایداری حرارتی به آنها اضافه میشود تا در موقع فرآیند تولید با حرارت دیدن تخریب نگردند .

این آزمون برای بررسی مواد اولیه و همچنین برای بررسی کیفیت محصول نهایی نیز به کار می­رود .به صورتی که اگر میزان OIT مواد اولیه پایین باشد ، مقاومت حرارتی مواد پایین بوده و نمی­توانیم آنهارا فراورش کنیم .در مورد محصول نهایی نیز اگر OIT محصول نهایی پایین باشد نشانگر این موضوع است که مواد اولیه در هنگام فراورش پایداری خودرا از دست داده اند و احتمال تخریب مواد وجود دارد . این آزمون در مواردی که نیاز است قطعه جوشکاری شود بسیار هائز اهمیت است چراکه مواد باید در دماهای بالا از لحاظ حرارتی مقاوم باشند .

آزمون بررسی مقاومت در برابر رشد ترک ناشی از ترکیب تنش و عوامل محیطی

تحت شرایط محیطی و تنش های مختلف بر روی قطعات از جنس پلی الفین ترک هایی ایجاد میگردد و با تسریع این ترک زایی توسط عوامل محیطی قطعه دچار نقص مکانیکی میگردد از جمله عوامل محیطی میتوان ازمحلول های حاوی صابون ، شوینده ها ، روغن ها و دیگر مواد آلی نام برد. گرچه این مواد و عوامل تاثیر شیمیایی محسوس ویا اثر حلالیت روی پلیمر نمی­گذارند و توسط آن نیز جذب نمی­شوند . به همین دلیل برای ایجاد ترک در نمونه حتما باید تنش مناسب و عوامل محیطی خاص موجود باشند . عوامل محیطی یاد شده ممکن است محیط های گازی ، مایع ، جامد یا نیمه جامد باشند و تنش های موثر نیز ممکن است درونی یا بیرونی یا ترکیبی از هردو باشند . تنش های درونی مانند تنش های ایجاد شده در اثر انجماد پلیمر و تنش های بیرونی نیز میتواند مانند تنش های مکانیکی باشد به همین خاطر برای به دست آوردن نتایج دقیق تر توصیه میشود که نمونه مورد آزمایش از هرگونه تنش درونی آزاد باشد که این مورد توسط گرم کاری نمونه (Annealing) صورت می­پذیرد زیرا تنش های درونی قطعه پلیمری با گرم شدن قابلیت آزاد شدن دارد .

شرایط ایجاد تنش در اثر شرایط محیطی

  • ایجاد یک شکاف در نمونه
  • وجود برخی از انواع تنش
  • حضور یک محیط مناسب برای ایجاد تنش محیطی

لازم به ذکر است که ایجاد ترک در اثر عوامل محیطی با ایجاد ترک در اثر وجود حلال نباید اشتباه گرفته شود . این پدیده در اصل تمایل محصولات پلیمری به شکست در برابر موادی مانند شوینده ها ، آب ، روغن و.. است که معمولا در کرنش نسبتا بالا صورت میگیرد که کاملا فیزیکی بوده و شامل تورم نمونه و … نمی­شود . مواد پلی الفینی مستعد این پدیده هستند و تحت تنش و مجاورت با مواد شیمیایی ترک میخورند که این پدیده اولین بار درکابل های پوشش داده شده با پلی اتیلن مشاهده شد زیرا برای روکش دهی بهتر سیمها اغلب با مواد فعال سطحی نرم می­شد که در این صورت پلی اتیلن به سرعت چندین ترک برمی­داشت . مقاومت در برابر رشد ترک ناشی از تنش و عوامل محیطی از عوامل متعددی تاثیر می‌پذیرد که به شرح زیر می­باشند.

  • مواد

ساختار شیمیایی و ترکیب درصد مواد

مورفولوژی

تنش های باقیمانده درونی

  • شرایط محیطی

مشخصات فیزیکی شیمیایی سیال (شامل رطوبت)

دما

  • بارگذاری

نوع بار

سرعت اعمال نیرو یا زمان

  • مشخصات هندسی

شکل اجزا

ابعاد

ترک ها و ناهمگونی ها

 

متناسب با تعداد زیاد عوامل موثر تعداد آزمون ها و استاندارد های زیادی نیز تعریف شده است . که سه روش مهم این آزمون ها عبارتند از :

  • آزمون خزش (Tensile Creep)
  • روش نوار خمیده (Bent Strip)
  • روش جازنی توپک یا میله (Ball or pin- impression)

آزمون خزش کششی

در این آزمون براساس استاندارد ISO 2208-2 نمونه تحت یک بار کششی ثابت (کمتر از تنش تسلیم ماده) قرار میگیرد در حالی که در این شرایط نمونه در دمای مشخص و در مجاورت یک سیال ویژه قرار دارد در این آزمون تنش و زمان شکست ثبت میگردد .

 

آزمون خزش

آزمون خزش

سه روش جهت ارزیابی رفتار ماده در برابر تنش محیطی استفاده می­شود :

  • تعیین تنش کششی در نقطه شکست بعد از گذشت ۱۰۰ ساعت
  • تعیین زمان شکست تحت بار مشخص
  • تعیین وابستگی تنش کششی به زمان شکست

 

آزمون نوار خمیده

دراین آزمون که بر اساس استاندارد ISO 22088-3 انجام میشود ، نمونه توسط دو عدد گیره به یک ورق با شعاع انحنای معین و توسط بار خمشی ثابتی در مجاورت یک سیال با دمای مشخص قرار میگیرد که میزان حساسیت تشکیل ترک در اثر تنش محیطی و از طریق اندازه گیری کرنش بحرانی در محل ترک های قابل رویت پس از گذشت زمان مشخص انجام میشود .

 

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

بر اساس کلیات این روش آزمون ، آزمون دیگری با استفاده از استاندارد ASTM D1693 یا ISIRI 17175-8 جهت پلی اتیلن مدون ارائه شده است که در این آزمایش نمونه ها در راستای طولی شکاف داده شده و مدت ۱۰ دقیقه به اندازه ۱۸۰ درجه خم میشوند و به صورت U شکل در یک کانال برنجی قرار میگیرند و در سیالی مشخص با دمای معین قوطه ور میگردند سپس زمان لازم برای ترک برداشتن ۵۰ درصد نمونه ها اندازه گیری میشود . به طور کلی در این روش نوار خمیده بسته به زمان بارگذاری ، نیروی اصطهلاک تنش در طول زمان انجام آزمون کاهش می­یابد .

 

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

آزمون جازنی توپک

این آزمون که بر اساس استاندارد ISO 22088-4 یک سوراخ با قطر مشخص در درون نمونه ایجاد شده و توپ کوچکی به ابعاد بزرگتر از حفره را درون حفره جایگذاری میکنیم سپس نمونه در یک ظرف حاوی سیال ویژه با دمای معین نگهداری می­شود ، پس از گذشت زمان آزمون تاثیر تنش محیطی به صورت چشمی بررسی میگردد.

 

 

باز شدن سریع گره خوردگی های زنجیر در اثر تنش القایی که به واسطه حلال به قطعه پلیمری وارد میشود یکی از روش های اثبات شده برای شرح رفتار ترک خوردگی در اثر تنش محیطی در نوک ترک (Crack Tip) می­باشد.

در ابتدا ترک های ریزی (Crazing) در اثر بارگذاری بر روی سطح نمونه ویا در نوک شکاف ایجاد شده و در اثر بار این ترکچه های ایجاد شده در راستای عمود بر راستای تنش کششی رشد میکنند . این ترکچه ها شامل دسته ها و رشته های مولکولی آرایش یافته به همراه حفره های خالی ما بین آنها می­باشد که سیال از طریق این حفره ها به داخل ترک نفوذ کرده و به صورت یک نرم کننده عمل میکند و به این صورت عمل باز شدن زنجیر ها را تسریع می­بخشد . تسریع در بازشدن زنجیر در اثر افت موضعی دمای انتقال شیشه ای که منجر به کاهش مقاومت مولکولی در برابر اصطکاک لغزشی می­شود ، صورت می­گیرد در نتیجه انرژی فعال سازی مورد نیاز برای فرآیند های لغزش به شدت کاهش پیدا میکنند که در شکل زیر قابل مشاهده است .

 

 

 

پارامتر های موثر بر رفتار پلیمر در برابر تنش های محیطی موثر

  • بلورینگی و مورفولوژی بلور

با افزایش میزان بلورینگی پلیمر نفوذ پذیری محلول ها در داخل پلیمر سخت تر می­شود به همین خاطر مقاومت در برابر تنش های محیطی افزایش پیدا می­کند از سویی دیگر مشخصات و ماهیت فصل مشترک نیز تاثیر زیادی بر نفوذ سیال به داخل قطعه دارد به این صورت که در مواقعی که دانسیته مولکول های رابط بین فصل مشترک لایه ها و گویچه های کریستالی پایین باشد این مناطق در نقش نقطه ضعف قطعه عمل میکنند و سیال به راحتی در منافذ فصل مشترک نفوذ کرده که منجر به افت مقاومت در برابر تنش محیطی میگردد.

 

باز شدن گره خوردگی مولکول پلیمر

باز شدن گره خوردگی مولکول پلیمر

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

آزمون کنترل کیفیت مواد اولیه

 

  • وزن مولکولی

با زیاد شدن وزن مولکولی طول زنجیر های پلیمر افزایش یافته و این افزایش باعث افزایش استحکام قطعه شده و مقاومت در برابر تنش محیطی افزایش می­یابد

  • توزیع وزن مولکولی

با پهن شدن توزیع وزن مولکولی تعداد زنجیر های با وزن مولکولی پایین افزایش پیدا میکند و این افزایش باعث کاهش مقاومت در برابر تنش محیطی میشود .

  • میزان شاخه ای بودن پلیمر

با افزایش شاخه های متصل به زنجیره اصلی از میزان بلورینگی زنجیر کاسته شده و این امر سبب کاهش مقاومت قطعه در برابر تنش های محیطی می­شود ولی با افزایش طول شاخه های فرعی مقاومت تا حدودی افزایش می­یابد .

  • ویسکوزیته سیال

هرچه ویسکوزیته سیال قابلیت نفوذ بیشتری در ماتریس پلیمر داشته باشد در مدت زمان کمتری میتواند تاثیر پذیر باشد لذا زمان شکست را کاهش میدهد .