بررسی خزش در مواد پلاستیکی – بخش اول

در طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی٬ در نظر گرفتن پارامتر خزش در مواد پلاستیکی بسیار مهم می باشد. در ادامه به بررسی جامع مفهوم خزش پرداخته می شود.

ویژگی های بلند مدت (خزش): در کاربردهای دیگر، مانند قفسه کتاب نشان داده شده، قطعات پلاستیکی برای مدت زمان طولانی بارگذاری می شوند (به عنوان مثال، بازه های زمانی از ساعت ها تا سال ها). منحنی های تنش-کرنش کوتاه مدت را می توان برای پیش بینی انحرافات و تنش های مرتبط با بارگذاری اولیه استفاده کرد. با این حال، افزایش در انحراف (یا تغییرات در تنش برای کاربردهای آرام سازی تنش) تنها در صورتی قابل پیش بینی است که ویژگی های خزش طولانی مدت پلیمر شناخته شده باشد. خواص خزش با بارگذاری مجموعه هایی از نمونه های آزمایشی یکسان برای دوره های زمانی طولانی تعیین می شود. در آزمایش خزش، نمونه‌های آزمایشی که در دما و رطوبت نسبی معین نگهداری می‌شوند، در معرض تنش ثابت هستند، در حالی که انحرافات یا کشیدگی‌ها در یک دوره زمانی طولانی اندازه‌گیری می‌شوند. مقادیر ازدیاد طول وابسته به زمان برای محاسبه کرنش ها به عنوان تابعی از زمان استفاده می شود. مفهوم آزمایش خزش کششی در پست های قبلی نشان داده شده است، جایی که نمونه های آزمایش کششی تحت بارهای مختلفی قرار می گیرند (در این مورد تنش های کششی تک محوری ایجاد می کنند) و امتداد (یا کرنش های کششی) در طولانی مدت اندازه گیری می شوند.

اطلاعات خزش برای اکثر مواد پلاستیکی در دسترس است. با این حال، بازه های زمانی مرتبط با آزمایش خزش متفاوت است و اغلب نسبت به عمر مفید محصول کوتاه است. برای یک طراح مهم است که تعیین کند آیا داده‌های خزش مورد استفاده واقعاً داده‌های خزش تجربی هستند یا داده‌هایی که از آزمایش‌های خزش انجام شده در یک بازه زمانی نسبتاً کوتاه‌تر برون‌یابی شده‌اند. همچنین مهم است که طراح نوع تنش ناشی از بارگذاری قطعه را در حین سرویس در نظر بگیرد. داده های خزش معمولاً در حالت کشش تک محوری اندازه گیری می شوند. با این حال، داده های خزش را می توان در فشرده سازی، خمش و برش نیز تولید کرد. داده‌های خزشی که توسط طراح در محاسبات طراحی استفاده می‌شود، باید در حالت تنشی تولید شده باشند که معادل تنشی است که محصول تجربه می‌کند.

داده های خزش تجربی، گسترش یا کرنش به عنوان تابعی از زمان و تنش، معمولاً برای تولید نموداری مانند نمودار نشان داده شده در شکل ۱ ترسیم می شود. شکل، تغییر شکل الاستیک فوری را نشان می دهد که در طول بارگذاری اولیه رخ می دهد، و افزایش کرنش در طول زمان (به عنوان مثال، خزش کششی یا تغییر شکل تاخیری) نشان می دهد. مشکل خزش با افزایش سطح تنش مهم تر می شود، همانطور که با افزایش شیب منحنی با افزایش سطح تنش نشان داده می شود. همچنین شکل نشان می دهد که زمان شکست (پارگی) با افزایش سطح تنش کاهش می یابد. در حالی که گسیختگی خزشی در بازه‌های زمانی نسبتاً کوتاهی برای سطوح تنش بسیار بالا رخ می‌دهد (به عنوان مثال، سطوح تنش نزدیک به قدرت کوتاه‌مدت)، پارگی می‌تواند سال‌ها در سطوح تنش نسبتاً پایین‌تر طول بکشد. در نتیجه، به دلیل محدودیت های عملی زمان آزمایش، به ندرت توضیح کاملی از محدوده گسیختگی خزش در دسترس است. این یک مشکل مهم است زیرا زمان شکست نهایی در مقادیر تنش پایین‌تر، که معمولاً در طراحی طولانی‌مدت برای به حداقل رساندن اثرات خزش مورد استفاده قرار می‌گیرد، فقط قابل تخمین است. قطعات طراحی شده با استفاده از داده های خزش برون یابی باید با حاشیه های ایمنی اضافی به دلیل عدم قطعیت های مرتبط با استفاده از داده های برون یابی طراحی شوند. یک توصیه کلی این است که داده های خزش نباید برای بیش از یک دهه ورود به سیستم در محور زمانی برون یابی شوند.

شکل ۱ منحنی خزش کششی معمولی (کرنش کششی به عنوان تابعی از زمان ورود، در سطوح مختلف تنش کششی). داده‌ها را می‌توان برای تولید مجموعه‌ای از منحنی‌های تنش-کرنش هم‌زمان ترسیم کرد

شکل ۲ مجموعه ای از منحنی های تنش-کرنش هم زمان برای پلی کربنات در شرایط استاندارد

منحنی خزش (داده های تجربی) نشان داده شده در شکل ۱ معمولاً برای تولید مجموعه ای از منحنی های تنش-کرنش هم زمان (نقاط متقاطع در زمان ثابت)، همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است، دوباره ترسیم می شود.

در طراحی و ساخت قطعات پلاستیکی و همچنین به تبع آن طراحی و ساخت قالب های تزریق پلاستیک٬ در نظر گرفتن پارامتر خزش در مواد پلاستیکی بسیار مهم می باشد.