بررسی خواص مکانیکی مواد پلاستیکی – بخش دوم

در ادامه مبحث طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک ٬ به بخش دوم موضوع خواص مکانیکی مواد پلاستیکی که در طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی نقش کلیدی دارد پرداخته می شود.

رفتار مکانیکی یک قطعه پلاستیکی تحت تأثیر عواملی مانند وجود خطوط جوش و جهت گیری مولکولی یا فایبر است.

یک مفهوم بسیار مهم در طراحی سازه، استفاده از داده‌های خواص مواد است که تحت شرایط آزمایشی تولید شده‌اند که نزدیک‌ترین شرایط مرتبط با کاربرد نهایی را دارد.

درجه همبستگی تأثیر قابل توجهی بر دقت محاسبات طراحی خواهد داشت. اگر عواملی مانند خزش، جهت یا استحکام جوش در نظر گرفته نشود، حتی پیشرفته‌ترین تکنیک‌های آنالیز اجزا محدود نیز دچار خطای قابل توجهی خواهند شد، زیرا این عوامل می‌توانند تأثیر بسیار مهمی بر خواص مکانیکی ماده و عملکرد قطعه نهایی داشته باشند.

متغیرهای زیادی در ارتباط با آزمایش مواد وجود دارد که اساساً توصیف رفتار مکانیکی یک ماده برای کاربرد جهانی غیرممکن است.

به عنوان مثال، ممکن است برخی از داده های مربوط به مقاومت جوش برای یک ماده پلیمری خاص در دسترس باشد. با این حال، استحکام یک جوش را می توان تحت تأثیر ده ها متغیر طراحی قالب تزریق و فرآیند قالب گیری تزریقی قرار داد.

داده‌های استحکام جوش تولید شده در یک مجموعه از شرایط فرآیند، در یک قالب، احتمالاً نماینده کیفیت جوش برای قالبی با طول جریان طولانی‌تر که در شرایط فرآیند متفاوت اجرا می‌شود، نباشد. هنگامی که طراح عواملی مانند جهت گیری یا تخریب ناشی از پردازش را در نظر می گیرد، با مشکلات مشابهی مواجه می شود.

بررسی خواص مکانیکی مواد پلاستیکی ٬ مشخصات تنش-کرنش مواد پلاستیکی تحت تأثیر نرخ کرنش، دما و رطوبت نسبی است.

ویژگی‌های کوتاه‌مدت:

هنگامی که روکش چرخ نصب می‌شود یا برداشته می‌شود، گیره‌های کنسول روی روکش چرخ‌های قالب‌گیری شده به‌طور لحظه‌ای و نسبتاً سریع منحرف می‌شوند.

در این کاربرد، طراح علاقه مند به ارزیابی نیروهای مرتبط با انحراف تیرها (برای به دست آوردن نیروهای مونتاژ) و حداکثر تنش کششی یا سطوح کرنش مرتبط با این انحراف کوتاه مدت تحمیلی است. به منظور ارزیابی تنش‌های مربوط به مونتاژ، طراح می‌تواند از داده‌های تنش-کرنش کوتاه‌مدت تولید شده بر روی یک دستگاه تست جهانی (برخلاف داده‌های خزش طولانی‌مدت) استفاده کند.

تنش‌ها، کرنش‌ها و انحراف‌ها در شرایط محیطی شدید (به عنوان مثال، دماهای بالا و پایین پیش‌بینی‌شده در کاربرد) ارزیابی می‌شوند. مهم است که داده‌های خواص مکانیکی مورد استفاده در محاسبات در دماها و رطوبت‌هایی که معادل آن چیزی است که در کاربرد نهایی با آن مواجه می‌شویم، تولید شود.

علاوه بر این، نرخ‌های آزمایش باید با نرخ کرنش (in/in/s، m/m/s یا %/s) یا محدوده نرخ کرنش مرتبط با کاربرد نهایی مرتبط باشد، زیرا خواصی مانند مدول و مقاومت تسلیم/شکستگی یک ماده پلاستیکی با نرخ بارگذاری متفاوت است، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است.

در نظر گرفتن نوع تنش مرتبط با برنامه نیز مهم است. گیره یک سر گیردار نشان داده شده در پست های قبلی یک برآمدگی تیر مانند است که در حین مونتاژ/جداسازی خم می شود. بخش هایی از گیره  در معرض تنش های فشاری هستند، در حالی که بخش های دیگر تحت تنش های کششی قرار دارند (و تنش های برشی که به رفتار دهانه به عمق بستگی دارد، هم در تحلیل پیچیده تر مواد، هم در تحلیل پیچیده تر مواد).

در محاسبات طراحی به عنوان جایگزینی برای این کاربرد خمشی، می توان از خواص خمشی پلیمر، که در شرایط آزمایشی مناسب ایجاد شده است، در محاسبات مهندسی استفاده کرد که مدول خمشی یک پلیمر تحت تأثیر مدول کششی و فشاری مواد پلاستیکی است مدول یا قدرت شکست به هیچ وجه مقادیر ثابتی نیستند.

بررسی خواص مکانیکی مواد پلاستیکی نقش کلیدی در طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی دارد.