آزمون کشش به عنوان یکی از اساسی‌ترین روش‌های سنجش خواص مکانیکی مواد، از اهمیت ویژه‌ای در تعیین ویژگی‌های پلیمرها برخوردار است. این آزمون نه تنها برای مقایسه مواد، کنترل کیفیت و بهبود خواص پلیمری ضروری است، بلکه در مراحل اولیه توسعه محصولات جدید نیز کاربرد فراوانی دارد. در واقع، آزمون کشش به تولیدکنندگان امکان می‌دهد تا قبل از بررسی‌های حرارتی، نوری و رئولوژیک، عملکرد مواد را در شرایط مختلف بسنجند.
این آزمون، خواصی چون استحکام، سفتی، تردی، سختی و ارتجاع‌پذیری پلیمرها را تحت شرایط کششی معین، مورد ارزیابی قرار می‌دهد. فرایند آزمون با قرار دادن نمونه‌ای از ماده بین دو گیره که یکی از آن‌ها ثابت و دیگری متحرک است، آغاز می‌شود. با حرکت گیره متحرک و اعمال نیرو، تغییرات طولی در نمونه رخ داده و در نهایت منجر به شکست ماده می‌شود. این تغییرات طول و نیروی اعمال شده از ابتدای فرآیند تا زمان پارگی دقیقا ثبت و تحلیل می‌گردند.
استانداردهایی مانند BS2782، EN63 و ASTM D 2412 در تست کشش پلی اتیلن استفاده می‌شوند تا خواص مکانیکی مانند حداکثر استحکام در برابر بار خارجی، میزان تغییر طول در نقطه پارگی، ضریب الاستیسیته و میزان خش تحت اثر بارهای سه نقطه‌ای سنجیده شوند. این داده‌ها، عملکرد محصولات در شرایط واقعی کاربردی را مشخص می‌کنند.
در نتیجه، آموزش و اجرای صحیح آزمون کششی لوله پلی اتیلن، هدف اصلی از تدوین دستورالعمل تست کشش است. این آموزش‌ها به تضمین استحکام و دوام محصولات در برابر نیروهای کششی کمک شایانی می‌نماید، و بدین ترتیب، کارایی و قابلیت اطمینان محصولات پلیمری در کاربردهای مختلف افزایش می‌یابد.
تحلیل نمونه دمبل شکل در آزمون کشش
آزمون‌های کششی به منظور ارزیابی ویژگی‌های مکانیکی مواد، اغلب از نمونه‌هایی با شکل خاص بهره می‌برند. نمونه‌های مورد استفاده در این آزمون‌ها، عمدتا دارای طراحی دمبلی هستند تا تاثیر نامطلوب گیره‌های نگه‌دارنده بر خواص کششی ماده را به حداقل رسانده و نتایج دقیق‌تری حاصل شود. این نتایج به صورت نمودارهایی از نیروی کشش در مقابل جابجایی (کرنش) ثبت می‌شوند، که نه تنها شدت کشش اعمالی بلکه میزان تغییر شکل ماده تحت نیرو را نشان می‌دهد.
یکی از چالش‌های اصلی در ارزیابی خواص کششی مواد، تاثیر ابعاد خاص نمونه بر روی مقادیر کشش است. این مسئله به این دلیل اهمیت دارد که خواص کششی ماده به شکل قابل توجهی تحت تاثیر ابعاد فیزیکی و خصوصیات مواد قرار دارد. در نتیجه، مقایسه مستقیم بین مواد مختلف بر اساس نتایج حاصل از این آزمون‌ها می‌تواند دشوار باشد.
این نکته در طراحی محصولات جدید و فرآیندهای کنترل کیفیت اهمیت بسزایی دارد. توانایی درک و تفسیر درست نتایج حاصل از آزمون‌های کششی، مهندسین و طراحان را قادر می‌سازد تا با دقت بیشتری مواد را برای کاربردهای مختلف انتخاب کنند و تضمین کنند که محصول نهایی دارای خواص مکانیکی مورد نیاز برای عملکرد مطلوب در شرایط واقعی است.
راهنمای آزمون کشش لوله پلی اتیلن
در اینجا به تشریح دقیق فرایند انجام آزمون کشش برای ارزیابی کیفیت جوش‌های لب به لب در لوله‌های پلی اتیلن می‌پردازیم. این روش آزمایی برای تعیین استحکام و پایداری اتصالات در برابر نیروهای کششی طراحی شده است.
مرحله ۱: آماده‌سازی نمونه‌ها
نخست، نمونه‌ها باید مطابق با استاندارد معینی آماده شوند و پس از آن برای مدت زمانی نه کمتر از ۶ ساعت در دمای 23±2 درجه سانتی‌گراد محیط قرار گیرند تا دمای آن‌ها ثابت شود. این فرایند تثبیت، حداقل باید ۲۴ ساعت پس از فرایند جوشکاری صورت گیرد. نوع آزمونه (A یا B) بر اساس جدول ۱ در استاندارد INSO17304 تعیین می‌شود.
مرحله ۲: اندازه‌گیری ضخامت و عرض نمونه
سپس، ضخامت دیواره نمونه باید دقیقا مطابق با ضخامت دیواره لوله اصلی و عرض آن برابر با فاصله بین دو حفره مته کاری شده، بر اساس استاندارد INSO17304، اندازه‌گیری شود.
مرحله ۳: قرار دادن نمونه در دستگاه آزمون
نمونه باید به گونه‌ای در دستگاه کشش قرار بگیرد که جهت نیروی کششی اعمالی به آن، دقیقا عمود بر جهت اتصال جوش باشد.
مرحله ۴: اعمال نیروی کشش
نیروی کشش باید با سرعت 5±1 میلی‌متر در دقیقه به نمونه اعمال شود، تا زمان بروز نقص کامل در نمونه.
مرحله ۵: ثبت نتایج
میزان نیروی اعمال شده در طول فرایند و نوع نقص پدید آمده (چه نرم و چه ترد) باید ثبت شود. توجه داشته باشید که فقط نقایص موجود در اتصالات جوشی مورد توجه قرار می‌گیرند.
نتیجه این که نمونه‌هایی که نقص تردی نشان دهند مردود شناخته می‌شوند، در حالی که نمونه‌هایی با نقص نرم قابل قبول هستند. این آزمون به عنوان یک ارزیابی کیفی از استحکام جوش‌ها در نظر گرفته می‌شود، در حالی که به دنبال بررسی کمیتی نیست، بلکه به کیفیت اتصالات جوشی توجه دارد.
| dn | تعداد آزمون‌ها |
|---|---|
| 110>دی ان≥90 | 2 |
| 180>دی ان≥110 | 4 |
| 315>دی ان≥180 | 6 |
| دی ان≥315 | 7 |
آموزش مفاهیم تنش و کرنش
آزمون کشش ابزاری بنیادی برای ارزیابی خواص مکانیکی مواد است، که از طریق مقایسه تنش و کرنش، بینش‌های گرانبهایی درباره استحکام مواد فراهم می‌آورد. تنش مهندسی، که با نماد ( نشان داده می‌شود، از نسبت بار اعمالی به سطح مقطع عرضی حاصل می‌شود. از سوی دیگر، کرنش مهندسی که با (ε) مشخص می‌گردد، بر اساس نسبت تغییر در طول به طول اولیه تعریف می‌شود. این دو مفهوم امکان مقایسه استحکام مواد را فارغ از ابعاد آن‌ها فراهم می‌آورند.
برای مثال، فرض کنید یک نمونه پلیمر با سطح مقطع مربعی و طول ضلعی برابر با ۱۰ میلی‌متر مربع، تحت بار کششی ۵۰۰ نیوتن قرار می‌گیرد و در این شرایط دچار پارگی می‌شود. در این حالت، تنش وارده بر نمونه ۵ مگاپاسکال (MPa) محاسبه می‌شود.
این متن به معرفی مفاهیمی نظیر استحکام کششی، کرنش نقطه شکست، مدول یانگ، و چقرمگی می‌پردازد. استحکام کششی، که در نقاط تسلیم (Y) و شکست (F) تعریف می‌شود، بیانگر بیشینه نیرویی است که ماده می‌تواند بدون شکست تحمل کند. کرنش نقطه شکست، درصد کرنش ماده تا نقطه شکست را نشان می‌دهد. مدول یانگ، که از شیب نمودار تنش-کرنش در منطقه خطی به دست می‌آید، معیاری برای سختی مواد است. چقرمگی نیز، که از مساحت زیر نمودار تنش-کرنش حاصل می‌شود، میزان انرژی لازم برای شکستن ماده را نشان می‌دهد.
بیشتر بخوانید: جدول وزن و ضخامت لوله پلی اتیلن
این توضیحات نشان می‌دهد که استحکام و چقرمگی دو خصوصیت متمایز هستند. ماده‌ای ممکن است استحکام بالایی داشته باشد اما در برابر تنش‌های بالا و کرنش‌های پایین شکسته شود، و برعکس.
در بررسی پدیده‌های نظیر تسلیم (yielding) و گردن‌زدگی (necking)، می‌بینیم که تغییر شکل‌های ماکروسکوپیک اتفاق می‌افتد که به فهم عمیق‌تری از خواص مکانیکی مواد منجر می‌شود. از طریق کشش، زنجیره‌های پلیمری کشیده می‌شوند، که نشان‌دهنده انعطاف‌پذیری و خصوصیات بازگشت‌پذیری ماده است. این فرآیندها، به ویژه در حوزه‌های نفت، گاز، و پتروشیمی که با مواد مختلفی سروکار دارند، اهمیت بالایی دارند.
گونه‌های نمودار تنش و کرنش در مواد مختلف
در جهان مواد، نمودار تنش-کرنش به عنوان نقشه‌ای از ویژگی‌های مکانیکی هر ماده به شمار می‌رود. این نمودار، که بر اساس ماهیت ماده شکل می‌گیرد، خواص مکانیکی آن را از طریق ارائه منحنی‌های متفاوت به تصویر می‌کشد. در این بخش، به بررسی منحنی‌های کلیدی موجود در این نمودار پرداخته می‌شود:
(نمودار تنش و کرنش) به ما اجازه می‌دهد تا با منحنی اول شروع کنیم؛ نمایشگر ویژگی‌های ماده‌ای الاستیک خطی و شکننده (که پیشتر در قالب یک نکته به تردی اشاره شده بود). موادی مانند اپوکسی و پلی‌استایرن در این دسته قرار می‌گیرند.
در ادامه، منحنی دوم به مواد نیمه چکش‌خوار (semi-ductile) اختصاص دارد که به عنوان مثال می‌توان به PMMA اشاره کرد.
منحنی سوم مربوط به مواد چکش‌خوار (Ductile) است که دارای مدولی کمتر از مثال قبلی هستند، اما با بررسی سطح زیر نمودار، مشاهده می‌شود که این مواد از چقرمگی بالاتری برخوردارند. نمونه‌هایی از این دسته شامل PET و پلی‌کربنات می‌شوند.
در آخر، منحنی چهارم به کاربرد مواد الاستومر (Elastomer) مانند یورتان انعطاف‌پذیر اختصاص دارد.
تحلیل این منحنی‌ها نشان می‌دهد که با حرکت از منحنی اول به سمت منحنی‌های بعدی، به موادی با انعطاف‌پذیری بیشتر و مدول کمتر برخورد می‌کنیم. برای اطلاعات بیشتر می‌توانید با کارشناسان سداب پلیمر تماس بگیرید.