مواد پلیمری به دلیل مزایایی مانند سبک بودن ، هزینه کم، نرخ تولید بالا و قابلیت تولید به صورت هندسه های پیچیده در تعداد و تنوع زیادی تولید می شوند. از پلیمرها به طور گسترده ای در بسیاری از کاربری ها از جمله قطعات خودرو ، سیستم های لوله کشی، بسته بندی، مخازن شیمیایی و قسمت های مصنوعی بدن انسان استفاده می شود. تغییر شکل خزش یک رفتار وابسته به زمان تحت بار استاتیکی است که منجر به بازآرایی مولکولی
می شود و درجه آن به عواملی از جمله نوع ماده ، اندازه تنش ، دما و زمان بستگی دارد. بسته به نوع کاربرد و شرایط طراحی ، مواد پلیمری اغلب تحت بارهای استاتیکی یا شرایط محیطی قرار می گیرند که می تواند باعث تغییر شکل و خرابی خزشی شود.

پلی اتیلن از نظر حجم و میزان استفاده از رزین های پلی اتیلن پرکاربردترین پلیمر است که در سال 2019 حدود 100 میلیون تن مورد استفاده قرار گرفته و 164 میلیارد دلار ارزش داشته است. تقاضای جهانی برای رزین های پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) در حال افزایش است و از 11.9 میلیون تن در سال 1990 به 43.9 میلیون تن در سال 2017 با رشد سالانه 3.3٪ رسیده است. از پلی اتیلن به دلیل ویژگی های ویژه ای مانند مقاومت بالا ، مقاومت در برابر خوردگی ، مقاومت در برابر ضربه ، جذب کم رطوبت و قابلیت بازیافت بیشتر در طراحی با پلیمرها استفاده می شود.

برخلاف مواد فلزی ، خرابی خزش در ترموپلاستیک بسته به دمای انتقال شیشه پلیمر ، در هر دمایی حتی در دمای اتاق نیز ممکن است اتفاق بیفتد. از آنجا که خرابی ها در تنش ها مقاومت نهایی کششی بسیار پایین تری دارند ، مهم است که از تکامل آسیب خزش برای تعیین ظرفیت تحمل اجزای پلیمری با گذشت زمان مطلع شوید. علاوه بر این ، برای کاهش هزینه و زمان آزمایش ، برآورد رفتار خزش بلند مدت با برون یابی داده های آزمون کوتاه مدت به دست آمده در شرایط آزمایش تسریع شده مانند درجه حرارت بالاتر و تنش نیز بسیار مفید خواهد بود.

رفتار خزش پلی اتیلن در چندین مطالعه از جمله مکانیزم آسیب بررسی شده است. رفتار خزش غیرخطی و مدل سازی ،روش های برهم نهی برای پیش بینی خزش بلند مدت با توجه به اثرات زیست محیطی در و رفتار پارگی خزشی حتی در سطوح استرس بسیار پایین رفتار خزش غیرخطی برای HDPE مشاهده کردند. از اصل برهم نهی دما و زمان نمی توان برای انحنای اصلی انطباق با خزش استفاده کرد.

پان و همکاران با استفاده از روش پردازش قالب تزریق ، اثر مورفولوژی های مختلف را بر رفتار خزش HDPE مطالعه کردند. مشاهده شد که شرایط پردازش در طول قالب گیری تزریقی می تواند بر تبلور ، چگالی مولکولی گره و جهت گیری زنجیره ای تأثیر بگذارد.

فاز بلوری در پلیمرهای نیمه کریستالی بر خصوصیات کم فشار مانند مدول الاستیک ، تنش عملکرد و خزش تأثیر می گذارد. نیتا و مایدا مشاهده کردند که تغییر بلوری بودن HDPE در یک دما و سطح تنش ثابت ، تأثیر مشابهی بر فشار خزش دارد به عنوان تغییر دما برای یک ماده HDPE در یک تبلور ثابت. آنها نتیجه گرفتند که افزایش کسر فاز آمورف ، تحرک کلی مولکولی را افزایش می دهد یا مقیاس زمانی آزمایشی را گسترش می دهد و مربوط به افزایش تحرک مولکولی به دلیل افزایش دما است. در دماهای کاملاً بالاتر از Tg و کرنش های خزشی زیر نقطه بازده ماده ، رفتار خزش توسط تغییر شکل فاز آمورف کنترل می شود. از طرف دیگر ، خزش در تنش زیاد توسط تغییر شکل فاز بلوری کنترل می شود.

در مقاله پیش رو نشان داده شده است که پلی اتیلن ها رفتار غیرخطی با توجه به تنش نشان می دهند و
منحنی های انطباق با خزش در سطوح مختلف تنش متفاوت است. نتیجه گیری شد که خواص خزشی پلی اتیلن تحت تأثیر وجود زنجیرهای طولانی است که باعث نرمی و مقاومت در برابر خزش در مواد می شود. با این حال، زنجیرهای طولانی می توانند مقاومت در برابر خرابی شکننده را در شرایط خزش بسیار طولانی مدت افزایش دهند.

افتخاری و فاطمی مطالعات مربوط به رفتار خزش و مدل سازی کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف کوتاه (SFRPC) در دمای بالا را بررسی کردند. نوع تقویت کننده (تالک یا الیاف شیشه کوتاه) همان تأثیر را بر تغییر شکل خزش کامپوزیت های پلی پروپیلن داشته و مکانیسم خزش را به میزان قابل توجهی تغییر نداده است. با این حال ، قدرت خزش از نظر کاهش فشار کرنش و سرعت ، در مقایسه با پلیمر بهبود یافته است. همچنین نشان داده شد که دما به طور قابل توجهی بر رفتار خزش ترموپلاستیک های تقویت شده با الیاف شیشه ای، پر از تالک و کوتاه تأثیر می گذارد.

روش Super Stress Superposition (TSS) برای گسترش داده های خزش کوتاه مدت به پیش بینی های خزش بلند مدت استفاده شده است. قانون توان تجربی و مدل های نمایی و همچنین هذلولی به طور گسترده ای برای نشان دادن منحنی های کرنش یا خزش غیرخطی برای طیف گسترده ای از دما و سطح تنش استفاده شده است.

این مقاله رفتار خزش پلی اتیلن با چگالی بالا را با توجه به اثرات دما و روش پردازش بررسی کرده است.
مدل های معمول خزش برای همبستگی زمان پارگی ، دما و استرس خزش برای HDPE مورد بررسی قرار گرفت. برنامه آزمایشگاهی ، نتایج و مدل های کاربردی ارائه شده و در بخش های بعدی بحث شده است.

 

برنامه آزمایشگاهی

HDPE خام ، بازیافتی و چند لایه با روش های پردازش فشرده سازی و قالب گیری بادی ، در مطالعه تجربی برای بررسی اثرات ماده و روش پردازش بر عملکرد خزش گنجانده شد. از کاربردهای معمول این مواد می توان به مواردی در صنعت خودرو ، خطوط لوله کشی ، لوله های تحت فشار ، عایق کابل و صنعت بسته بندی اشاره کرد. خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مشترک برای HDPE برای تکنیک های مختلف پردازش در جدول 1 ذکر شده است.

خلاصه ای از مواد استفاده شده در این مطالعه تجربی ، از جمله روش پردازش و خصوصیات اساسی کشش در

جدول 2 ارائه شده است.

لایه های HDPE خام و بازیافتی و همچنین یک لایه مانع معمولاً برای برخی از کاربردها مانند ظروف شیمیایی یا مخازن سوخت خودرو با هم ورقه می شوند. صفحات مستطیلی با ضخامت 2 و 4 میلی متر و ابعاد
200 × 200 میلی متر برای HDPE خام و بازیافتی ، فشرده سازی یا قالب گیری از نوع دمشی هستند. Laminated HDPE یک ورقه چند لایه با قالب گیری ضربه ای است که از لایه های بکر و جمع شده و همچنین لایه های بسیار نازک چسب تشکیل شده است (حدود 3٪ از کل ضخامت ورقه). فرم های ماده HDPE مورد استفاده در این مطالعه تجربی توسط ABS Technologies تهیه شده است. نوارهای مستطیلی با عرض حدود 25 میلی متر بریده شدند. نمونه ها از نوارها با استفاده از دستگاه فرز CNC با هندسه نشان داده شده در شکل 1 تراش خورده اند.

آزمایشات خزش با استفاده از یک دستگاه تست هیدرولیک حلقه بسته انجام شد که با یک کنترل کننده دیجیتال کنترل می شد. برای اندازه گیری فشار خزش از دستگاه اکستنسومتر استفاده شده است. از یک جفت دستگیره پنوماتیک با ظرفیت 5 کیلو نیوتن و سیستم فشار قابل تنظیم که برای آزمایش پلیمرها در دمای پایین و بالا مناسب بودند استفاده شد. برای انجام آزمایش در دمای بالا از یک محفظه محیطی با استفاده از یک عنصر گرم کننده الکترونیکی با دقت 1 درجه سانتیگراد استفاده شد. برای آزمایش خزش طولانی مدت در دمای اتاق از یک دستگاه تست بازوی اهرمی با وزن های مرده استفاده شد. برخی آزمایشات با استفاده از دستگاه تست هیدرولیک سروو با دستگاه تست بازوی اهرم برای بررسی تکرارپذیری نتایج تکرار شدند.

آزمایشات خزش کششی طبق استاندارد آزمون ASTM D2990 انجام شد. آزمایش خزش برای طیف وسیعی از سطح استرس و دما انجام شد ، همانطور که در جدول 2 گزارش شده است. آزمایشات کوتاه مدت به ترتیب حدود 1 ساعت تا سه روز ادامه داشت. تعداد محدودی از آزمایشات خزش طولانی مدت تا حدود 180 روز نیز برای HDPE خام و چند لایه انجام شد.

این مقاله توسط تیم تخصصی کارشناسان نشاگستر پردیس گردآوری شده، امیدواریم مطالب مفیدی بوده باشد و بهره لازم را از مطالب فوق برده باشید.