دانسیته یا همان چگالی یک ماده پلیمری است که جرم واحد حجم آن ماده را تعیین میکند و با تقسیم جرم ماده بر حجم آن ماده بدست آمده است که برحسب گرم بر سانتی متر مکعب یا کیلو گرم بر متر مکعب بیان میشود.
دانسیته پلاستیک ها با تغییر در درجه بلورینگی ( کریستالی )، وجود نرم کننده یا پلاستی سایزر و جذب آب و... تغییر میکند. تغییر دانسیته پلیمر با دما است.
از طرفی وزن مخصوص یک ماده نیز از تقسیم دانسیته ماده مورد نظر، بر دانسیته بر دانسیته یک ماده مرجع (معمولا آب) بدست
می آید. در واقع وزن هر ماده بسته به مقدار آن مشخص میگردد.
دانسیته یک فاکتور مهم کنترل کیفیت رایج در پلاستیک هاست. زمانی که ما میخواهیم وزن مخصوص یک قطعه پلیمری را اندازه گیری کنیم خالص تر باشد یعنی دارای مواد افزودنی کمتر دانسیته آن به مقدار تعیین شده در جداول نزدیک تر خواهد بود مقدار دانسیته یک قطعه پلاستیکی از نظر کنترل کیفیت بسیار مهم است ولی از جهت کمک به شناسایی کیفی حائز اهمیت بالایی نیست.
تعیین نوع ماده
توجه به تغییرات فیزیکی نمونه
یکنواختی نمون بین نمونه های گوناگون
میانگین دانسیته در یک نمونه بزرگ
محاسبه نسبت هزینه وزن نمونه
ASTM D1505
ASTM D792-98
ISO 1183-2
تهیه نمونه ای با حجم منظم هندسی
اندازه گیری دانسیته به روش غوطه وری
تعیین دانسیته به روش ستون
در این آزمون از یک ستون شیشه ای استفاده میگردد که با دو محلول پر شده که دانسیته یکی مایع ها از نمونه تحت آزمون بیشتر و دانسیته دیگری کم تر است.
در این آزمون با یک سبد کره های استاندارد شیشه ای با دانسیته معمول اما متفاوت با هم به همراه نمونه ها در طول ستون قرار
می گیرند.
سبد درون ستون بدون مزاحمت برای گرادیان پایین میرود و کره های شیشه ای و نمونه ها براساس دانسیته نسبی توزیع میشود. و در نهایت محاسبه انجام میشود به طوری که با استفاده از کره های شیشه ای به عنوان مرجع ارزیابی و به کمک دررون یابی، دانسیته ها در محل هایی که نمونه ها به صورت شناور هستند محاسبه صورت میگیرد.
ابتدا وزن نمونه در هوا اندازه گیری میشود، بعد آن را به وسیله یک سیم در مایع شناور میشود، دانسیته بر اساس میزان شناور بودن یا فرو رفتن نمونه در مایع اندازه گیری میشود.
این آزمون، بسته به نوع مایعی که برای غوطه وری نمونه استفاده میشود، محاسبه دانسیته پلاستیک های جامد در آب محاسبه دانسیته پلاستیک های جامد در مایعاتی به غیر از آب
این آزمون نیز مشابه آزمون ASTM D1505 از ستون گرادیان دانسیته استفاده میشود، با این تفاوت که این آزمون برای نمونه های قالب گیری شده ی غیر متخلخل و پلاستیک های اکسترود شده ی بدون حفره به کار میرود.
شاخص جریان مذاب (MFI)، اندازه گیری سهولت جریان مذاب یک پلیمر گرمانرم است.
MFI جرم پلیمری است که در مدت ده دقیقه از میان یک روزنه با قطر و طول ثابت در دمای ثابت بیرون میآید.
MFI تا حدودی نسبت معکوس با گرانروی مذاب دارد. بطوری که افزایش وزن مولکولی متوسط، کاهش می یابد. MFI بالاتر، نشان دهندهٔ روانی بیشتر در دماهای فرآورش است.
به طور کلی با افزایش MFI، استحکام کششی، مقاومت پارگی، دمای نرمشدن و چقرمگی پلیمر کاهش مییابد.
به دلیل شناسایی سریع تر خواص فرایندی پلیمرها از شاخص (MFI (melt flow index استفاده میشود. این شاخص به نوعی نشاندهنده بزرگی دانسیته مولکول پلیمری و درنهایت روانی مذاب پلیمری در شرایط آزمایشگاهی است.
MFI ASTM D1238
ISO 1133
در این روش نمونه در یک استوانه تحت دما و نیرویی که از طرف وزنه بالای آن اعمال می گردد، قرار میگیرد. در این شرایط مذاب آن شروع به خروج از منفذ تعبیهشده در پایین آن میکند. خروجی آن در زمانهای معین توسط کاتر خودکاری برش خورده و در آخر همه بریدهها بصورت تک وزن و وزن میانگین اندازهگیری میشود.
مقدار MFI محصول از جرم مولکولی پلیمر است. هر چه مقدار MFI محصول بیشتر باشد، مذاب پلیمری روانتر است و در دمای پایینتری فرآیند انجام میشود.
افزایش سختی
افزایش استحکام کششی
افزایش در استحکام نقطه تسلیم
افزایش مقاومت در برابر خزش
افزایش چقرمگی
افزایش دمای نرم شدن
افزایش مقاومت در برابر تنش ترک
افزایش مقاومت شیمیایی
افزایش وزن مولکولی
کاهش جلا و براقیت
کاهش نفوذپذیر
شاخص جریان مذاب MFI از ویژگی ترموپلاستیکهاست که خصوصیات محصول تولیدی را تحت تأثیر قرار میدهد. MFI به پلاستیک ها کمک مینماید تا بتوان پایه پلیمری را به درستی انتخاب نمود.
از این آزمون جهت تائید کیفیت مواد و همچنین برای محصول انجام می گردد.
معمولاً مقدار MFI به گرید پلیمر ارتباط دارد و بر این اساس نوع فرآیند را انتخاب میکنند. این آزمایش برای تعیین میزان سهولت قالبگیری مواد پلیمری به طریق تزریق و اکستروژن صورت میگیرد. به طور کلی ترموپلاستیک با MFI بیشتر در قالبگیری تزریقی و ترموپلاستیک با MFI کمتر در قالبگیری دمشی و اکستروژن کاربرد دارد.
تغییرات زیاد در شاخص جریان مذاب میتواند بیان کننده مناسب نبودن مواد اولیه جهت کاربرد مورد نظر باشد.
نسبت متوسط وزنی وزن مولکولی به نسبت متوسط عددی وزن مولکولی (PDI) نامیده میشود.
شاخص چند توزیعی یا شاخص گستردگی توزیع وزن مولکولی است و هر چقدر منحنی توزیع وزن مولکولی پهن تر شود نشان دهنده بزرگتر بودن عدد (PDI) است.
افزایش تاثیر وزن مولکولی پلیمرها سبب افزایش استحکامِ مکانیکی پلیمرها میشود.
این مشخصه در پلیمرهای مختلف یکسان است، اما باید توجه داشت پلیمرهای مختلف در وزن های مولکولی مختلف میتوانند خواص مولکولی متفاوتی داشته باشند.
هر چقدر توزیع وزن مولکولی باریک تر باشد انعطاف پلیمر سخت تر و استحکام بیشتر میشود و سبب کاهش انعطاف پلیمر میشود. به عبارت دیگر هر چقدر PDI کمتر باشد و منحنی توزیع وزن مولکولی پلیمری شارپ تر و تیز تر باشد بیان کننده توزیع وزن مولکولی کمتر و در نهایت خواص مکانیکی بهتر پلیمر است.
اما هرچقدر توزیع وزن مولکولی پهن تر باشد، بیان کننده این است که زنجیرهای کوچک تر هم در لا به لای زنجیرهای بزرگ تر وجود دارند و نقش الاستی سایزر و روان کننده را برای زنجیرها به همراه دارند و این باعث نرم شدن ساختار پلیمر نهایی میگردد.
پلیمرها در وزن مولکولی خیلی پایین نمیتوانند خواص مکانیکی مطلوبی بدهند. به همین علت ما در فرایند تولید پلیمرها نیازمند کنترل وزن مولکولی هستیم تابه یک حداقل وزن مولکولی دست پیدا کنیم.
وزن مولکولی پلیمر یک متغیر بسیار مهم است، به دلیل ارتباط مستقیم با خواص فیزیکی پلیمر است.
بطور کلی هر چه وزن مولکولی بزرگتر باشد، پلیمر سخت تر است.
وزن مولکولی مطلوب، به ساختار شیمیایی پلیمر و کاربرد مورد نظر بستگی دارد.
طیف سنجی جرمی
کاهش نقطه انجماد
افزایش نقطه جوش
در فرایند پلیمری شدن رشد یکنواخت زنجیر ها غیر ممکن است پس باید میانگین وزن مولکولی را در نظر گرفت.
تکنیک های کاهش نقطه انجماد، افزایش نقطه جوش و تیتراسیون برای پلیمرهای سبک کاربرد دارد و باید روشهای پیشرفته تری برای پلیمرهای با وزن مولکولی بزرگتر از 40000 استفاده شود.
تکنیک هایی که برای تعیین وزن مولکولی پلیمر استفاده میشود شامل اسمومتری، پخش نور، فراسانتریفوژ میباشند. که دو روش پخش نور و فراسانتریفوژ براساس جرم یا قطبیت پذیری نمونه عمل میکنند.
راحت ترین روش شامل اندازه گیری ویسکوزیته محلول است. اما این روش قطعی نیست و باید همراه با یکی از روش های اندازه گیری مولکولی مطلق بکار گرفته شود.
یکی از روشهای اندازهگیری وزن مولکولی پلیمرها استفاده از روش ویسکوزیته محلول رقیق است. که برای از بین بردن اثرات جذب متقابل ملکولها بر هم از محلولهای خیلی رقیق (کمتر از یک گرم در دسی لیتر) استفاده میشود و ویسکوزیته ذاتی از طریق برونیابی هنگامی که غلظت به سمت صفر میل میکند اندازهگیری میشود.
ویژگی کشش از مهم ترین خواص مکانیکی در مشخصه یابی پلیمرها به حساب میآید. بررسی این خاصیت از ضروری ترین قسمت های تولید و فرآیند محصولات پلیمری است. با بررسی کشش پیش از خواص حرارتی، نوری و رئولوژیکی، امکان مقایسه مواد، کنترل کیفیت و بهبود خواص در اختیار تولیدکنندگان قرار
می گیرد.
ویژگی کشش رفتار پلیمرها را تحت نیروی کشش، نظیر استحکام (strength)، سفتی (stiffness)، تُردی (brittleness)، سختی (hardness) و ارتجاع پذیری (resilience) را در مقابل تنش نشان می دهد.
ساده ترین آزمون کشش، قرار دادن یک نمونه از پلیمر بین دو گیره (grip) است که آن را محکم نگاه داشته اند. ماده در ابتدا دارای ابعاد (طول و مقطع عرضی) مشخصی است. با باز شدن یکی از گیره ها، نیرودهی به نمونه تحت کشش آغاز می شود درحالی که گیره دیگر ثابت است.
نیروی کشش را کم کم افزایش داده تا تغییر طول در نمونه مشاهده و نهایتاً منجر به شکست شود. به کمک هر وسیله مناسبی که وجود دارد، یک سر ماده ثابت نگه داشته می شود که تکان نخورد و سپس سر دیگر آن تحت کشش قرار می گیرد.
هر ماده پلیمری مجموعه ای از زنجیره های در هم تنیده شده است. الاستیک ها را می توان این طور تصور کرد که اتم ها با حالت فنری به یکدیگر متصل شده اند. وقتی ماده را میکشیم، فنر بین زنجیره ها درازتر می شود و ماده کش میآید.
بسته به این که حداکثر نیرو یا استحکام مورد نیاز نمونه مورد نظر شما چقدر است، یا نمونه های شما حداکثر چه نیرویی را تحمل میکنند باید ظرفیت دستگاه را انتخاب نمایید. دقت نمایید در اکثر استاندارد ها اشاره شده است که محدوده نیروی نمونه شما باید در محدوده 10 الی 90 درصدی ظرفیت دستگاه تنسایل باشد.
پاسخ این است که دستگاه را بر اساس نیروی ماکزیمم خود انتخاب کرده که ساختار بدنه دستگاه براساس آن ساخته شده باشد و یک لودسل با ظرفیت پایین تر نیز خریداری نمایید.
سرعت در تست کشش بسیار پارامتر مهم و تاثیر گذاری است. بازهم از استاندارد روش آزمون مربوطه باید سرعت تست مناسب خود را پیدا کرده و دستگاه تنسایلی را انتخاب و خریداری نمایید که با آن تطابق داشته باشد.
دستگاه تنسایلی که خریداری میکنید باید قابلیت نصب انواع فک را داشته باشد. بایدنوع نمونه و ضخامت آن را با سازنده چک نمایید تا بتواند فک مناسبی در اختیار شما قرار دهد. فکی که هم از سرخوردگی آزمونه در فک دستگاه تنسایل جلوگیری کند و هم نیروی مناسبی به آن وارد کند.
اکستنسیومتر در دستگاه تنسایل کشش یونیورسال، ابزاری است که به آن افزوده میشود تا در محدوده مشخصی بتواند ازدیاد طول را دقیق اندازه بگیرد.
استحکام کششی، توانایی پلیمرها در برابر حداکثر مقدار تنش کششی است که هنگام کشش تحمل
می کنند و در آن دچار شکست نمیشوند. این نقطه، زمانی است که ماده از حالت تغییر شکل الاستیک به تغییر شکل پلاستیک انتقال پیدا میکند.
آزمون استحکام کششی در پلیمرها از مهم ترین و پرکاربردترین تست های خواص مکانیکی پلیمر ها است.
وقتی تنش اعمال شده به پلاستیک را در تست کشش حذف کنیم، ماده به ابعاد و حالت اولیه خود برمی گردد. در واقع تغییر شکل اعمال شده موقتی است و با حذف تنش از بین میرود.
تغییر شکل پلاستیک: در این نوع تغییر شکل، با حذف تنش اعمالی، ابعاد مواد به حالت اولیه خود برنمی گردد و تغییر شکل و حالت ایجاد شده برگشت ناپذیر است.
استحکام کششی در نقطه تسلیم yield strength
استحکام کششی در نقطه شکست breaking or fail
استحکام نهایی ultimate
آزمون کشش یک آزمون تخریبی است که نمونه تحت نیروی کششی تک بعدی تا حد شکست قرار میگیرد و متداول ترین آزمون خواص مکانیکی مواد است که اطلاعات کلیدی و پایه ای در مورد خواص استحکامی ماده را فراهم میکند. در این آزمون، ازدیاد طول نمونه نیز بصورت همزمان با نیروی اعمالی (بار اعمالی) ثبت
می شود. لذا داده های آزمون به صورت یک منحنی تنش/کرنش است که نشان دهنده رفتار ماده تحت کشش است. خروجی های بدست آمده در این آزمون برای تعیین خواص مکانیکی ماده استفاده میشوند.
نتایج آزمایش های کششی در انتخاب مواد برای برنامه های کاربردی مهندسی استفاده میگردد. خواص کششی بیشتر برای اطمینان از کیفیت است. خواص کششی اغلب در هنگام توسعه مواد و فرآیندهای جدید اندازه گیری میشوند تا مواد و فرآیندهای مختلف مقایسه شوند.
یکی از گروه های مهم افزودنی های مورد استفاده در فرمول های مختلف، خانواده ایمپکت مودیفایر (impact modifier) یا همان بهبود دهنده ضربه است.
از آنجایی که از نام افزودنی ایمپکت مودیفایر بر میآید،این افزودنی سبب افزایش مقاومت به ضربه قطعات است. در این آزمون قطعه ای با ابعاد استاندارد از جنس پلیمر مورد نظر تولید میشود و در محفظه دستگاه قرار میگیرد. با توجه به استحکام ضربه قطعه مورد نظر، از پاندول های ضربه با انرژی های مشخص استفاده میشود و پاندول مورد نظر از زاویه ای معین رها شده و با قطعه برخورد میکند. استحکام ضربه قطعه مورد نظر بر اساس انرژی مکانیکی که پاندول صرف شکست قطعه میکند، محاسبه میگردد.
مودیفایر، بایستی درصدهای مصرف مختلف آن را آزمون کرد و مقدار بهینه مصرف را یافت. روشی که از نظر اجرا و شرایط آزمون با روش های چارپی و آیزود متفاوت است، روش تعیین مقاومت ضربه به روش سقوط آزاد وزنه گاردنر است. در این روش یک وزنه با جرم و ارتفاع مشخص روی صفحه ای که از پلیمر مورد نظر تهیه شده است، رها شده و وضعیت شکست آن بررسی شده و همچنین میزان مقاومت به ضربه نیز به کمک انرژی مصرف شده برای شکست محاسبه میگردد.
چقرمگی یا شکننده گی ماده که سبب توانایی و قابلیت پلیمر در جذب انرژی اعمال شده است.
پلیمرهای چقرمه در اثر اعمال نیرو تسلیم میشوند ولی نمیشکنند، مانند پلیمرهای مهندسی.
پلیمرهای شکننده قابلیت اتلاف انرژی بسیار کمی دارند و تحت بار میشکنند، مانند پلیمرهای پلی استایرنی.
اما با توجه به اینکه مقاومت ضربه و چقرمگی مواد پلیمری در بسیاری از کاربردها مورد نیاز است تقریبا گونه های چقرمه شده به وسیله لاستیک برای تمامی پلاستیک ها وجود دارند.
مواد شبه چقرمه دارای انرژی زیاد برای شروع و ایجاد شکاف میباشند، اما انرژی برای رشد شکاف در این مواد بسیار پایین است.
از مهمترین خواص کاربردی پلیمر ها مقاومت آنها در برابر ضربه است. با توجه به کاربرد بالا آزمون مقاومت ضربه، جهت شناسایی و تعیین کارایی پلیمر ها، باید توجه نمود که این یک خاصیت ذاتی برای ماده نبوده و داده های موجود قابل مقایسه نیستند.
مقادیر کم از یک لاستیک میتواند پلیمر شکننده را چقرمه کند. البته لاستیک یکی از موادی است که برای این موضوع استفاده میگردد از الیاف شیشه هم میتوان برای چقرمه سازی پلیمرها استفاده کرد.
میزان لاستیک ها
اندازه ذرات پراکنده
با افزایش درصد لاستیک در ماتریس، مقاومت به ضربه، مدول، استحکام کششی و سایر خواص مکانیکی افت میکند از این رو از یک مقدار بهینه برای این منظور استفاده میشود.
چقرمگی به معنای مقاومت ماده در برابر شکستگی و یا قابلیت آن در جذب انرژی مکانیکی بدون شکسته شدن است. چقرمگی به لحاظ مقداری با سطح کل منحنی تنش-کرنش برابر است و مشخص کننده مقدار کاری است که میتوان بدون گسیختگی ماده در ناحیه تغییر فرم پلاستیک بر روی آن اعمال کرد. هر چه سطح زیر منحنی تنش-کرنش بیشتر باشد و ماده در اثر اعمال تنش با ازدیاد طول بیشتر، دیرتر دچار شکستگی گردد، چقرمه تر است. البته تاثیر عوامل محیطی و نیز اعمال تنش بویژه تنش های متناوب ممکن است رفتار پلاستیک را در طولانی مدت ترد و شکننده کند. پلاستیک های ترد دارای شکست زودتر و در نتیجه سطح منحنی کمتری هستند.
ویسکوزیته نام دیگر آن گرانروی است که در لغت به معنای مقاومت کردن مایعات در مقابل جریان گفته میشود.
ویسکوزیته برای بررسی خواص اصطحکاک بسیار حیاتی است. سطوح پلیمری نرم ممکن است بیشتر به روان کنندههای با ویسکوزیته کم متکی باشد در حالی که فلزات به راحتی میتوانند از روان کنندههای با ویسکوزیته بسیار بالا استفاده کنند. ویکسوزیته سبب دوام و پایداری محصول میگردد و همچنین تولید محصول در دماهای بالاتر به دلیل ممانعت از ته نشین شدن و در صنعت نساجی مورد استفاده قرار میگیرد.
در لاستیک ها و رابر ها با توجه به کاربردهای خاصی که دارند، مقاومت سایشی یا مقاومت در برابر ساییده شدن با یک عمل مکانیکی روی سطح آنها اهمیت بالایی دارد و بسیاری از استاندارد های محصولات لاستیکی مانند درزگیرها و تسمه نقاله، آزمون مقاومت به سایش را در خود جای داده اند.
آزمون وایکات (VICAT) جهت معرفی دمایی که در آن یک سوزن که به سوزن ویکات معروف است با ابعاد مشخص قادر است به اندازه ثابتی در آزمون در حال گرم شدن نفوذ کند.
دمایی که سوزن شاخص دستگاه ویکات بتواند به اندازه 1 میلیمتر در نمونه نفوذ کند را دمای نقطه نرمی وایکات VICAT گفته میشود.
مقایسه آزمون وایکات با آزمون HDT، ویکات دمایی را نشان میدهد که نمونه فرم پایدار خود را از دست
می دهد و نرم میشود و معیاری از مقاومت دمایی محصول یا مواد مورد استفاده است. به همین علت در انتخاب مواد اولیه، روش ساخت و دماهای فرآیند و نیز در طراحی محصول دمای وایکات نقش مهمی ایفا میکند. در حالی که HDT دمایی را نشان میدهد که نمونه توانایی تحمل بار خود را از دست میدهد.
نقطه نرمی وایکات مقادیر بالاتری نسبت به HDT دارد و به نقطه ذوب یا نرم شدگی ماده نزدیک تر خواهد بود.
برای اندازه گیری نقطه نرمی ویکات، از دستگاه ویکات استفاده میشود که دارای نرخ افزایش دما با سرعت مشخص، سوزن ویکات مطابق استاندارد، قابلیت اعمال وزنه مخصوص ویکات و دقت بالای اندازه گیری نفوذ سوزن ویکات است.
دستگاه اندازه گیری نقطه نرمی وایکات شامل یک شاخص سوزنی شکل با سطح مقطع 1 میلی متر مربع، تجهیز گرمادهی، به طوری که توانایی افزایش 5 و 12 درجه در 6 دقیقه را داشته باشند. وسیله ای برای اندازه گیری نفوذ با دقت 0/1 میلی متر نیز باید روی دستگاه تعبیه شده باشد.
بستن *نام و نام خانوادگی * پست الکترونیک * متن پیام |