مدول در پلاستیک ها چیست، انواع مدول در پلاستیک ها، نحوه محاسبه مدول یانگ و مدول الاستیسیته خمشی

خرید دستگاه اندازه گیری مدول پلاستیک ها

فهرست مطالب (می توانید بر روی عناوین کلیک کنید)

محاسبه مدول یانگ یا مدول الاستیسیته کششی

در پلاستیک ها برخلاف لاستیک ها، در بسیاری از موارد نیاز است تا محصول به راحتی کشیده یا دفرم نشود. اگر بخواهیم بدانیم که مواد در مقابل تغییر شکل چقدر از خود مقاومت نشان می دهند، باید کمیتی را در آن ها اندازه بگیریم که به آن مدول می گویند. در واقع مدول از لحاظ مفهومی به معنای مقاومت ماده یا محصول در برابر تغییر شکل یا تغییر فرم می باشد. انواع مختلف مدول در پلیمرها و پلاستیک ها قابل اندازه گیری می باشد، مانند مدول برشی، مدول کششی (یانگ)، مدول پیچشی و مدول خمشی.

بسیاری خمش پلاستیک ها را با مدول خمشی می سنجند. ممکن است اصطلاحات مدول الاستیسیته پلی اتیلن و یا به طور کلی مدول الاستیسیته پلاتسیک ها را شنیده باشید.

از لحاظ ریاضی و محاسباتی اما، مدول شیب منحنی تنش – کرنش می باشد و با واحد نیوتن بر میلیمتر مربع بیان می شود.

مدول پلاستیک در انتخاب مواد با توجه به تاثیر در خواص مکانیکی و همچنین طراحی محصول مانند پروفیل های درب و پنجره از جنس پی وی سی سخت PVC-U و عملکرد آن بسیار مهم می باشد. در واقع با آگاهی نسبت به مدول می توان علاوه بر انتخاب مواد درست و طراحی صحیح، قیمت ناشی از استفاده مواد را کاهش داد و از لحاظ اقصادی فرایند را به صرفه کرد.

پارامترهای تاثیرگذار بر مدول پلاستیک

مدول خمشی یا الاستیسیته و ... به طور موثری تحت تاثیر انرژی های متصل کنند اتم های ماده می باشد. نیرو های پیوندی قوی تر و بنابراین مدول بالاتر منجر به نقطه ذوب بالاتر مواد می شوند. مدول یانگ بستگی به آرایش بلورهای مواد دارد.

وقتی دمای ماده را افزایش دهیم، باعث افزایش تحرکات مولکولی خواهد شد که می تواند منجر به کاهش انرژی لازم برای جداکردن مولکول ها از یکدیگر شود در نتیجه مقدار مدول را کاهش خواهد داد.

مقاله راه های بهبود مدول خمشی یا سفتی (stiffness) در پلاستیک ها را اینجا بخوانید.

محاسبه مدول یانگ یا مدول الاستیسیته کششی (E)

مدول یانگ که با E نمایش داده می شود، نسبت تنش اعمال شده به ماده در طول کشش محوری نمونه به مقدار کرنش یا تغییر شکل در آن در همان محور است. زمانی که یک نیروی کششی به یک نمونه وارد می شود، آن ماده کشیده شده و رفتار آن در حین آزمون در نرم افزار دستگاه کشش ثبت می شود.

همانطور که در بخش آزمون کشش توضیح داده شد، تنش یا stress نیروی اعمال شده به نمونه به ازای سطح مقطع عرضی آن است و هم ارز فشار می باشد. معمولا تنش را با واحدهایی مانند MPa نشان می دهند.

σ (stress) = F/A

کرنش یا strain معادل کشش یا جابجایی نمونه نسبت به حالت اولیه می باشد و و معمولا با درصد بیان می شود.

(strain = ΔL/L₀; ΔL = (L-L₀

در نتیجه رابطه محاسبه مدول یانگ به صورت زیر می باشد:

E = stress/strain = σ/ ε

برای محاسبه یانگ از استاندارد های ISO 527-1، ASTM D638 و استاندارد ملی 1-6621 استفاده می شود.

مدول و نحوه اندازه گیری مدول پلیمر

نمونه را مطابق روش آزمون گفته شده در بخش آزمون کشش پلاستیک ها و به شکل آزمونه های گفته شده ببرید و آن را در دستگاه کشش (تنسایل) کاملا محکم کنید. با سرعت 1 میلیمتر بر دقیقه نمونه را بکشید. همزمان دستگاه در حال ثبت منحنی تنش – کرنش نمونه با توجه به ابعاد ابتدایی آن که در نرم افزار وارد کرده اید می باشد. همانطور که در قسمت بالایی گفته شد، باید شیب منحنی را به عنوان مدول گزارش کنید. اما منحنی کشش بسیاری از پلاستیک ها خطی نمی باشد و در نقاط مختلف دارای شیب بسیار متفاوتی می باشد.

برای حل این مشکل باید مطابق استاندارد، شیب منحنی را بین دو نقطه کرنش 0/05 درصد و 0/25 درصد اندازه گیری کنید. یعنی اختلاف تنش ها در نقاط 0/0005 و 0/0025 را تقسیم بر اختلاف این دو عدد یعنی مقدار 0/002 معادل مدول کششی نمونه بر حسب مگاپاسکال می باشد.

محاسبه مدول الاستیسیته خمشی flexural modulus:

حال اگر بخواهید میزان مقاومت نمونه به تغییر شکل در حالت خمشی را مورد ارزیابی قرار دهید از مدول الاستیسیته خمشی استفاده کنید. برخلاف مدول یانگ در حالت کشش مورد محاسبه قرار می گرفت، در این آزمون باید نمونه تحت نیروی خمشی قرار گیرد و از روی شیب منحنی تنش – کرنش مدول را حساب کرد.

روش آزمون مطابق استاندارد ISO 178 انجام می گیرد.

نمونه را با ماشین کاری و برش از محصول و یا قالب گیری تزریقی آماده کنید. طول آزمونه مستطیل شکل باید 20 برابر ضخامت و عرض آن بسته به ضخامت متغیر است. برای مثال اگر ضخامت بین 1 تا 3 میلیمتر بود، عرض برابر 25 میلیمتر و اگر ضخامت بین 3 تا 5 میلیمتر بود، عرض آزمونه باید 10 میلیمتر باشد.

آزمونه را مطابق شکل زیر بر روی دو تکیه گاه که فاصله آن ها از هم 16 برابر ضخامت می باشد و درست در مرکز آن ها قرار دهید.

مدول الستیسته خمشی پلاستیک پروفیل

قطر تکیه گاه ها برای آزمونه هایی با ضخامت های کم تر از 3 میلیمتر برابر 4 میلیمتر و برای ضخامت های بین 3 تا 5 میلیمتر، برابر 10 میلیمتر خواهد بود.

قطر شفتی که وارد کننده نیرو به آزمونه در آزمون مدول الاستیسیته خمشی می باشد نیز 10 میلیمتر می باشد. پس از قرار گیری آزمونه در محل نشات داده شده زیر دستگاه تنسایل و وارد کردن ابعاد آزمونه در نرم افزار، فک دستگاه با سرعت 1 میلیمتر بر دقیقه پایین آمده و نمونه را دچار خمش می کند. به این روش آزمون خمش سه نقطه ای نیز گفته می شود (دو نقطه: دو تکیه گاه و نقطه سوم تماس با شفت وارد کننده نیرو)

برای خرید دستگاه کشش پلاستیک ها (تنسایل یونیورسال) و فک های مخصوص محاسبه مدول به فروشگاه مراجعه کنید و یا با تماس بگیرید.

حال معمولا نرم افزارهای دستگاه تنسایل خود از روی نمودار نیرو- جابجایی قادر است نمودار تنش-کرنش را نیز از رابطه های زیر حساب کند:

رابطه محاسبه تنش خمشی از روی مقدار جابجایی (S):