خواص مکانیکی پلیمرها، مقاومت مواد پلیمری در برابر نیروها و تنش های وارد شده اعم از نیروهای کششی، برشی و فشاری منجر به ارائه اطلاعات مکانیکی در آن ها می گردد. خواص مکانیکی شامل سختی، استحکام، مدول الاستیسته و چقرمگی شکست، رفتار خستگی و خزشی اصلی ترین خاصیتی است که در پلیمرها، کامپوزیت ها و نانوکامپوزیت های پلیمری مورد توجه بوده و تعیین کننده رفتار مواد در برابر نیروهای وارده هستند.
در بین انواع نمودارها و آزمون های مرتبط با خواص مکانیکی، منحنی تنش کرنش که در اثر اعمال نیروی کشش به قطعه پلیمری رسم می شود اصلی ترین و رایج ترین شکل ارائه دهنده این خواص است. شکل نمودار تنش- کرنش انواع پلیمرها سه حالت متصور است که براساس ساختار زنجیره پلیمری تقسیم بندی می گردد و در ادامه به تحلیل نمودار تنش کرنش پلیمرها پرداخته و جدول مقایسه خواص پلیمرها را خواهیم گفت.
در ادامه مقاله مبانی، خواص و دسته بندی پلیمرها به خواص مکانیکی انواع پلیمرها می پردازیم.
انواع پلیمرها
الف) پلیمرهای خطی یا شاخه ای (گرمانرم)
ب) پلیمرهای شبکه ای یا متصل عرضی (گرماسخت)
ج) الاستومرها
در ادامه به خواص مکانیکی پلیمرها نام برده شده پرداخته می شود.
الف) پلیمرهای خطی یا شاخه ای (گرمانرم)
شکل 1- الف مربوط به پلیمرهای خطی یا شاخه ای ترد است که در آن ها همانند سرامیک حین تغییر شکل در ناحیه الاستیک رخ می دهد. اینگونه مواد نظیر پلی اتیلن ترفتالات و پلی وینیل کلراید در دمای اتاق پایین تر از دمای انتقال شیشه ای خود هستند. پلیمرهای صددرصد آمورف وینیلی شامل پلی استایرن، پلی متیل متاکریلات و پلی کربنات نیز در زمره دسته فوق الذکر هستند. لازم بذکر است که دسته اول پلیمرهای صددرصد آمورف اصولا دارای دمای انتقال شیشه ای نبوده و در این دما نرم می شوند.
شکل 1- ب مربوط به پلیمرهای چقرمه و یا پلیمرهای نیمه بلورین نظیر تفلون، پلی اتیلن و پلی پروپیلن است و در آن ها تغییر شکل همانند فلزات شامل ناحیه الاستیک تسلیم شدن ماده و ناحیه الاستیک خواهد بود. شکل 1-ج منحنی تنش-کرنش مواد پلیمری را نشان می دهد که در آن ها تغییرشکل در ناحیه الاستیک با کرنش بالا رخ می دهد و مربوط به پلیمرهای صددرصد آمورف رابری است.
ب) پلیمرهای شبکه ای یا متصل عرضی (گرماسخت)
تقسیم بندی فوق الذکر مربوط به پلیمرهای خطی یا شاخه ای بود. از آنجا که دمای انتقال شیشه ای برای پلیمرهای شبکه ای و متصل عرضی معنا و مفهومی پیدا نمی کند موضوع تا حدودی متفاوت است رزین های پخت شده عمدتا شامل رزین های پایه اپوکسی، وینیل استری، پلی استر غیراشباع، فنولی و پلی پورتانی مورد کاربرد در صنایع کامپوزیتی، چسب و فوم از منحنی تنش-کرنش شکل 1-الف تبعیت می کنند. از طرف دیگر رفتار تنش – کرنش الاستومرهای پخت شده و هیدروژل ها نظیر شکل 1-ج است. در نهایت پلیمرهای شبکه ای بعضا رفتاری مشابه شکل 1-ب خواهند داشت.
مقایسه رفتار تنش-کرنش پلیمرها و مقایسه آنها با فلزات
لازم به توضیح است که رفتار تنش – کرنش در پلیمرها به پارامترهایی از قبیل نرخ کرنش، دما و محیط آزمون وابسته است. پلیمرها از بسیاری جهات خواص مکانیکی متفاوتی نسبت به فلزات دارند به عنوان مثال مدول الاستیک آن ها از 7 مکاپاسکال برای پلیمرهای بسیار الاستیک تا 4 گیگاپاسکال برای برخی از پلیمرهای سخت می تواند تغییر کند این در حالی است که مدول الاستیک فلزات در محدوده بالاتری و بین 48 تا 410 گیگاپاسکال قرار می گیرد. از این رو به منظور استفاده از پلیمرها به عنوان جایگزینی مناسب برای فلزات، از فناوری تولید کامپوزیت ها و نانوکامپوزیت های پلیمری بهره گرفته میشود.
همچنین بیشترین استحکام کششی در مورد پلیمرها تقریبا 100 مگاپاسکال است در حالی که برخی آلیاژهای فلزی دارای استحکام بالای 4100 مگاپاسکال هستند. با این وجود فلزات به ندرت به کرنش 100 درصد خواهند رسید و برخی لاستیک ها تا کرنش 1000 درصد نیز تغییرشکل می یابند. جدول 1 خلاصه ای از خواص مکانیکی پلیمرهای مختلف را نشان می دهد.
برای مطالعه بیشتر در مورد آموزش ساخت منحنی تنش کرنش برای مواد مختلف (فلزات، پلاستیک و…) روی لینک زیر کلیک کنید.
مقاله آموزش ساخت منحنی تنش کرنش برای فلزات
شکل 1: نمودار تنش-کرنش پلیمرها با خواص مکانیکی متفاوت، ترد (الف)، پلاستیک (ب)، الاستومر پخت شده یا لاستیک (ج)
جدول 1: خواص مکانیکی انواع پلیمر (جدول مقایسه خواص پلیمرها)
مقاله قبلی سایت آگهی تخصصم اینه را می توانید اینجا بخوانید
همچنین شما دوست عزیز و متخصص نیز می توانید مقالات خود را با اسم خودتون (شرکت، اشخاص و مخترعان) به همراه تبلیغ تخصص، محصولات و خدمات خود در آخر آن در سایت تخصصم اینه به رایگان منتشر نمایید. البته به شرطی که مقاله کپی از سایت های دیگر و حتی خودتون نباشد. مقالات تا همیشه در سایت خواهند ماند.
اینجا کلیک کنید تا شرایط نوشتن و فرستادن مقاله را مشاهده نمایید.
برای تبلیغ خدمات و محصولات تخفیفدار خود در صفحه اول سایت با حداقل هزینه(با لینک فالو به سایت) اقدام نمایید(از اینجا بیشتر مطالعه کنید).
در فرم زیر نیز می توانید ایمیل خود را برای دریافت آخرین مقاله های سایت وارد نمایید.
