آزمون کششی پلی اتیلن، یک روش بنیادی برای ارزیابی خواص مکانیکی پلیمرها است که نقش مهمی در سنجش استحکام، انعطاف‌پذیری، و دیگر ویژگی‌های ماده دارد. این آزمون از اهمیت خاصی در مراحل مختلف توسعه محصول، از جمله کنترل کیفیت و ارزیابی پیشرفت‌های جدید برخوردار است، زیرا امکان می‌دهد تا پیش از انجام آزمون‌های حرارتی و رئولوژیک، خواص مواد تحت شرایط واقعی آزمایش شود.
در این آزمون، نمونه‌ای از ماده بین دو گیره قرار می‌گیرد، که یکی ثابت و دیگری متحرک است. با حرکت گیره متحرک و اعمال نیرو، تغییرات طولی نمونه آغاز شده و به تدریج منجر به شکست ماده می‌شود. تمامی تغییرات طول و نیروهای اعمال شده از آغاز تا شکست ماده به دقت ثبت و تجزیه و تحلیل می‌گردد.
استفاده از استانداردهای بین‌المللی مانند BS2782، EN63 و ASTM D 2412، اطمینان می‌دهد که خواص مکانیکی مانند حداکثر استحکام، میزان تغییر طول در نقطه پارگی، و ضریب الاستیسیته به طور دقیق و قابل مقایسه اندازه‌گیری شوند. این داده‌ها به متخصصین کمک می‌کنند تا عملکرد محصولات پلیمری در شرایط واقعی را به خوبی درک و بررسی کنند.
هدف از آموزش و اجرای آزمون کششی پلی اتیلن این است که اطمینان حاصل شود محصولات تولیدی در برابر نیروهای کششی مقاوم و بادوام هستند، و در نتیجه کارایی و قابلیت اطمینان محصولات پلیمری در کاربردهای مختلف بهبود یابد. این روش، با تضمین استحکام و دوام پلیمرها، به پیشبرد صنعت پلی اتیلن کمک شایانی می‌نماید.
بررسی خواص مکانیکی با آزمون کشش دمبل‌شکل
در فرآیند ارزیابی خواص مکانیکی مواد، آزمون‌های کشش با استفاده از نمونه‌هایی با طرح دمبل‌شکل اهمیت ویژه‌ای دارند. این شکل طراحی شده به منظور کاهش تأثیرات منفی ناشی از گیره‌های نگه‌دارنده بر روی نتایج آزمون، امکان می‌دهد تا اطلاعات دقیق و معتبری از خواص کششی مواد به دست آید. نتایج به دست آمده از این آزمون‌ها تحت عنوان نمودارهای کشش در برابر کرنش ثبت می‌شوند که نه تنها قدرت تحمل ماده در برابر کشش را نشان می‌دهد، بلکه میزان تغییر شکل دائمی آن تحت فشار را مشخص می‌کند.
یک چالش اصلی در تفسیر نتایج آزمون کشش، تأثیر ابعاد ویژه‌ی نمونه‌ها بر خواص کششی است. از آنجایی که خصوصیات کششی مواد به شدت تحت تأثیر ابعاد فیزیکی و مشخصات ماده قرار دارند، مقایسه مستقیم خواص کششی میان مواد مختلف ممکن است پیچیدگی‌هایی به همراه داشته باشد.
این دانش در مراحل طراحی محصولات جدید و در فرآیندهای کنترل کیفیت بسیار مهم است. آگاهی و تفسیر صحیح نتایج آزمون‌های کششی به مهندسین و طراحان این امکان را می‌دهد که با دقت بیشتری مواد مناسب را برای استفاده‌های مختلف انتخاب نمایند و اطمینان حاصل کنند که محصول نهایی دارای خواص مکانیکی لازم برای عملکرد اثربخش در شرایط واقعی است.
روش اجرای آزمون کشش
آزمون کشش برای لوله پلی اتیلن یکی از روش‌های کلیدی برای ارزیابی کیفی و بررسی استحکام اتصالات جوشی است. این روش، به طور خاص برای تعیین مقاومت و دوام اتصالات در مقابل نیروهای کششی طراحی شده است.
مرحله ۱: آماده‌سازی نمونه‌ها: ابتدا، نمونه‌ها باید طبق استانداردهای مشخص، آماده شوند. آنها باید دست‌کم ۶ ساعت در دمای 23±2 درجه سانتی‌گراد قرار گیرند تا دما تثبیت شود. این فرایند حداقل 24 ساعت پس از جوشکاری انجام می‌شود. تعیین نوع آزمون (A یا B) بر اساس جدول ۱ در استاندارد INSO17304 صورت می‌گیرد.
مرحله ۲: سنجش ضخامت و عرض نمونه: ضخامت دیواره نمونه باید دقیقاً مطابق با ضخامت لوله اصلی و عرض آن برابر با فاصله بین دو حفره مته کاری شده باشد، مطابق با استاندارد.
مرحله ۳: چیدمان نمونه در دستگاه: نمونه باید به گونه‌ای در دستگاه قرار گیرد که نیروی کششی به صورت عمود بر جهت اتصال جوش اعمال شود.
مرحله ۴: اعمال نیرو: نیرو باید با سرعت 5±1 میلی‌متر در دقیقه به نمونه اعمال شود تا زمانی که نقص کاملی در نمونه بروز کند.
مرحله ۵: ثبت نتایج: میزان نیروی اعمالی و نوع نقص ایجاد شده (نرم یا ترد) ثبت می‌شود. توجه ویژه‌ای به نقایص اتصالات جوش داده می‌شود.
نتیجتا، نمونه‌هایی که نقص تردی دارند به عنوان مردود شناخته می‌شوند، در حالی که نمونه‌هایی با نقص نرم قابل قبول هستند. این آزمون بیشتر برای ارزیابی کیفیت اتصالات جوشی و نه اندازه‌گیری کمی خواص مکانیکی است.
درک تنش و کرنش در آزمون‌های کشش
آزمون کشش یکی از روش‌های پایه‌ای برای سنجش خواص مکانیکی مواد مختلف است. در این آزمون‌ها، مفاهیم تنش و کرنش به عنوان پایه‌های اساسی برای فهم استحکام و خصوصیات تحملی مواد به کار می‌روند. تنش مهندسی با نماد σ، از تقسیم بار اعمالی بر سطح مقطع ماده حاصل می‌شود، در حالی که کرنش مهندسی با نماد ε، بر اساس تغییر در طول ماده نسبت به طول اولیه آن تعریف می‌شود. این دو مفهوم به مهندسان امکان می‌دهند تا خواص مواد را بدون توجه به ابعاد آنها مقایسه کنند.
برای مثال، اگر یک نمونه پلیمری با مقطع مربعی و ضلعی ۱۰ میلی‌متر تحت بار کششی ۵۰۰ نیوتن قرار گیرد و در نهایت پاره شود، تنش وارد شده به آن ۵ مگاپاسکال (MPa) محسوب می‌شود.
متن آموزشی همچنین به معرفی مفاهیمی نظیر استحکام کششی، کرنش نقطه شکست، مدول یانگ و چقرمگی می‌پردازد. استحکام کششی در نقاط تسلیم و شکست ماده تعریف می‌شود و نشان‌دهنده بیشینه نیروی قابل تحمل توسط ماده است. کرنش نقطه شکست درصد کرنشی است که ماده تا زمان شکست خود تجربه می‌کند. مدول یانگ، که از شیب منطقه خطی نمودار تنش-کرنش حاصل می‌شود، سختی ماده را مشخص می‌کند و چقرمگی، میزان انرژی مصرفی برای شکستن ماده را نشان می‌دهد.
این آموزش‌ها به توضیح تفاوت بین استحکام و چقرمگی پرداخته، که ممکن است ماده‌ای با استحکام بالا در برابر تنش‌های زیاد و کرنش‌های کم شکننده باشد، و بالعکس.
همچنین، به بررسی پدیده‌هایی مانند تسلیم و گردن زدگی اشاره شده است که تغییرات ماکروسکوپیک در ساختار مواد را نشان می‌دهند، این امر به فهم عمیق‌تر خواص مکانیکی مواد کمک می‌کند و در صنایعی مانند نفت، گاز و پتروشیمی که با انواع مواد سر و کار دارند، از اهمیت بالایی برخوردار است.
تنوع منحنی‌های تنش-کرنش
نمودار تنش-کرنش، به عنوان یک ابزار تحلیلی اساسی، خصوصیات مکانیکی مواد مختلف را با نمایش منحنی‌های متنوع، ارائه می‌دهد. این نمودارها که بر اساس ماهیت ماده شکل می‌گیرند، به تفصیل خصوصیات مکانیکی را توصیف می‌کنند. در این مقاله، چهار منحنی کلیدی که در نمودارهای تنش-کرنش متداول هستند، مورد بررسی قرار می‌گیرند:
1.منحنی اول: مواد الاستیک خطی و شکننده: این منحنی خصوصیات موادی مانند اپوکسی و پلی استایرن را نشان می‌دهد که به دلیل تردی و واکنش‌های شکننده آنها در برابر تنش مشخص می‌شود.
2.منحنی دوم: مواد نیمه‌چکش خوار: این دسته بندی شامل موادی مانند PMMA است که در مقابل تنش‌ها، واکنشی نیمه‌چکش خوار نشان می‌دهند و خصوصیاتی بین مواد شکننده و کاملا چکش خوار دارند.
3.منحنی سوم: مواد چکش خوار: موادی مانند PET و پلی کربنات که نسبت به نمونه‌های قبلی از مدول کمتری برخوردار هستند اما چقرمگی بالایی دارند و توانایی تحمل تغییر شکل‌های گسترده‌تر را نشان می‌دهند.
4.منحنی چهارم: مواد الاستومر: موادی مانند یورتان که به شدت انعطاف‌پذیر هستند و در برابر تنش‌های مکانیکی، واکنش‌های بسیار انعطاف‌پذیر و گسترده‌ای از خود نشان می‌دهند.
این تحلیل نشان می‌دهد که با پیشروی از منحنی اول به سوی منحنی‌های بعدی، به موادی با انعطاف‌پذیری بیشتر و مدول‌های پایین‌تر می‌رسیم. این اطلاعات در فهم بهتر رفتار مواد تحت تنش‌های مختلف کمک شایانی می‌کند و برای مهندسین و طراحان در صنایع مختلف از اهمیت بالایی برخوردار است.