بررسی خستگی مواد پلاستیکی

در ادامه مبحث طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی و انواع قالب تزریق پلاستیک به موضوع خستگی مواد پلاستیکی پرداخته می شود که موضوع بسیار مهمی در طراحی و ساخت می باشد.

خصوصیات خستگی یک ماده در طراحی قطعاتی که تحت بارگذاری تکراری یا سیکلی قرار دارند، ضروری است. قطعاتی مانند دنده‌ها، اعضای قفل شونده، یا سایر اجزایی که تحت تنش (یا کرنش) دوره‌ای قرار دارند، در مقادیر تنش (یا کرنش) پایین‌تر از مقادیر مربوط به بارگذاری یک‌باره، دچار شکست خواهند شد.

به عنوان مثال، قطعاتی که تحت بارگذاری سیکلی خستگی قرار دارند، می‌توانند با گذشت زمان دچار میکروترک‌ها یا سایر نقص‌های شیمیایی/فیزیکی شوند که منجر به کاهش کلی استحکام ماده و در نهایت شکست آن می‌شود.

آزمایش‌های خستگی معمولاً با قرار دادن یک نمونه آزمایشی قالب‌گیری شده تحت تنش متناوب بین مقادیر مثبت و منفی برابر، یا بین صفر و یک مقدار مثبت یا منفی حداکثر انجام می‌شود.

آزمایش‌ها معمولاً در حالت خمشی، پیچشی یا کششی با فرکانس، دما و دامنه بارگذاری ثابت انجام می‌شوند. تنشی که در آن یک ماده در اثر خستگی دچار شکست می‌شود با افزایش تعداد سیکل ها کاهش می‌یابد.

با بسیاری از مواد، یک حد تحمل خستگی به دست می‌آید که نشان می‌دهد یک مقدار تنش وجود دارد که زیر آن شکست خستگی بعید است، صرف نظر از تعداد سیکل ها، همانطور که در منحنی S–N (تنش در مقابل تعداد چرخه‌ها) نشان داده شده است.

زیرا مواد پلاستیکی ویسکوالاستیک هستند (و به شدت به دما حساس‌اند)، خواص خستگی به طور قابل توجهی تحت تأثیر فرکانس آزمایش، دامنه، هندسه نمونه و دما قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، در فرکانس‌ها یا دامنه‌های بالاتر، قطعات پلاستیکی تمایل دارند داغ‌تر شوند و زودتر دچار شکست شوند.

طراحی با دیواره‌های نازک و مواد رسانای گرما و مقاوم در برابر خستگی معمولاً برای کاربردهای نوع بارگذاری سیکلی توصیه می‌شود تا انتقال حرارت به حداکثر برسد. نتایج آزمایش‌های خستگی نشان‌دهنده توانایی نسبی یک ماده پلاستیکی برای تحمل بارگذاری خستگی هستند.

با این حال، برای اهداف طراحی، آزمایش‌ها باید با استفاده از نمونه‌های قالب‌گیری تزریقی (برای در نظر گرفتن تنش‌های باقیمانده) در شرایطی (فرکانس، دما و غیره) که نمایانگر شرایط مربوط به کاربرد نهایی هستند، انجام شوند.

منحنی های خستگی (S-N) برای چندین پلیمر تقویت شده با الیاف

این منحنی ها خستگی در طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی و قالب های تزریق پلاستیک به صورت ویژه ای مورد استفاده قرار می گیرند، به ویژه زمانی که کاربرد قطعه پلاستیکی خاص باشد.