آزمون کشش لوله پلی اتیلن

فهم و ارزیابی خواص مکانیکی پلیمرها، به‌ویژه ویژگی‌های کششی آن‌ها، اهمیت بالایی دارد. این اهمیت ناشی از نقش حیاتی این خواص در تعیین عملکرد کلی محصولات پلیمری است. از این رو، آزمون کشش به عنوان یکی از اساسی‌ترین روش‌های مشخصه‌یابی در صنعت پلیمر شناخته می‌شود. آزمون کشش نه تنها امکان مقایسه دقیق بین مواد مختلف را فراهم می‌آورد، بلکه بستری برای کنترل کیفیت و بهبود مستمر خصوصیات پلیمرها نیز می‌باشد.

با اجرای آزمون کشش، می‌توان خواصی نظیر استحکام، سفتی، تردی، سختی، و قابلیت ارتجاعی پلیمرها را در برابر تنش‌های کششی مورد سنجش قرار داد. این آزمون شامل فرآیند قرار دادن نمونه‌ای از ماده بین دو انبرک است که یکی از آن‌ها ثابت و دیگری متحرک است. با اعمال نیروی کششی و افزایش تدریجی آن، مشاهده می‌شود که چگونه ماده تحت کشش دچار تغییر شکل می‌شود تا زمانی که در نهایت پاره می‌گردد.

این فرآیند، که با دقت بالایی از طریق دستگاه‌های تخصصی آزمایشگاهی اجرا می‌شود، به محققین اجازه می‌دهد تا داده‌هایی قابل اتکا در مورد استحکام کششی، حداکثر تحمل بار، میزان تغییر طول در نقطه پارگی، ضریب الاستیسیته، و سطح خش‌پذیری محصولات پلیمری به‌خصوص لوله پلی اتیلن را به دست آورند. این اطلاعات نه تنها برای مقایسه خواص مواد مختلف بلکه برای ارزیابی دقیق عملکرد آن‌ها در شرایط عملیاتی کاربردی هستند.

آزمون کشش، بخشی ضروری از فرآیند طراحی و تولید لوله‌ها و اتصالات پلی اتیلن به شمار می‌رود، که به طور خاص بر روی استحکام کششی پس از جوشکاری لب به لب تمرکز دارد. هدف از این آزمون، نه تنها درک بهتر و دقیق‌تر از خواص مکانیکی است، بلکه ارائه راهنمایی‌هایی برای بهینه‌سازی و بهبود مستمر این خواص در محصولات نهایی است.

بدین ترتیب، آزمون کشش به عنوان یک ابزار ارزشمند در صنعت پلیمر، نقش کلیدی در اطمینان از کیفیت، دوام و عملکرد مطلوب محصولات پلیمری ایفا می‌کند، و متخصصین را قادر می‌سازد تا با دقت بالایی، مواد و محصولات خود را به‌منظور رفع نیازهای مختلف صنعتی و مصرف‌کننده‌ها بهینه‌سازی کنند.

آزمون کشش لوله پلی اتیلن

اصول و تاثیرات آزمون کشش با استفاده از نمونه‌های دمبل شکل

آزمون کشش، که برای ارزیابی خواص مکانیکی مواد به کار می‌رود، اغلب از نمونه‌هایی با شکل خاص دمبلی استفاده می‌کند. این طراحی دقیق با هدف کاهش تاثیر ناخواسته گیره‌های نگه‌دارنده بر روی نمونه صورت می‌گیرد، تا داده‌های دقیق‌تری از نحوه عملکرد ماده تحت کشش به دست آید. نتایج این آزمون‌ها از طریق نمودارهایی که نیروی کششی اعمال شده را نسبت به جابجایی یا کرنش نمونه نشان می‌دهند، ترسیم می‌شوند.

مقیاس‌پذیری و مقایسه خواص کششی مواد گوناگون، به خصوص در نظر گرفتن ابعاد مختلف نمونه‌ها و خواص فیزیکی آن‌ها، می‌تواند به شدت چالش‌برانگیز باشد. این تفاوت‌ها در ابعاد و خواص، درک دقیق‌تری از چگونگی عملکرد مواد را در شرایط مختلف فراهم می‌آورد و در نتیجه، نقش کلیدی در طراحی و توسعه محصولات نوآورانه و بهبود فرآیندهای کنترل کیفیت دارد.

این اطلاعات بنیادی، مهندسان و طراحان را قادر می‌سازد تا با دیدگاهی عمیق‌تر نسبت به انتخاب مواد و شکل‌دهی طرح‌های جدید، گام‌های موثری در جهت ارتقای کیفیت و کارایی محصولات بردارند.

معیارها و روش‌ها آزمون کشش برای لوله پلی اتیلن

آزمون کشش لوله‌های پلی اتیلن، یکی از رویکردهای مهم برای سنجش کیفیت و استحکام جوش‌های لب به لب این محصولات است. این روند، که بر اساس استاندارد INSO17304 طراحی شده، نه تنها اطلاعات ارزشمندی در خصوص ویژگی‌های فیزیکی نمونه‌ها فراهم می‌آورد بلکه به تعیین کیفیت جوش و اتصالات نیز می‌پردازد.

مراحل اجرا:

1. آماده‌سازی نمونه: نمونه‌ها باید مطابق با مشخصات استاندارد آماده و برای حداقل ۶ ساعت در دمای ۲۳ درجه سانتیگراد (با انحراف مجاز ±۲ درجه) قرار گیرند تا دمای آن‌ها تثبیت شود. زمان آماده‌سازی نمونه‌ها باید حداقل ۲۴ ساعت پس از انجام جوشکاری باشد.
2. اندازه‌گیری نمونه: ضخامت دیواره نمونه و عرض آن بر اساس فاصله بین دو سوراخ مته، متناسب با استانداردهای مشخص شده در INSO17304 اندازه‌گیری می‌شود.
3. قرار دادن نمونه در دستگاه آزمون: نمونه باید در دستگاه کشش به گونه‌ای نصب شود که نیروی اعمالی عمود بر اتصال جوش باشد.
4. اعمال تنش: تنش با سرعت ۵±۱ میلی‌متر در دقیقه توسط دستگاه کشش اعمال می‌شود.
5. ثبت نیروی کشش: نیروی اعمالی در طول فرآیند کشش تا زمان بروز نقیصه کامل در نمونه ثبت می‌شود.
6. ثبت حداکثر نیرو و نوع نقیصه: حداکثر نیروی اعمالی (به نیوتن) و نوع نقیصه (نرم یا ترد) ثبت می‌شود. توجه داشته باشید که تنها نقیصه‌های مربوط به اتصالات جوشی لب به لب باید مورد بررسی قرار گیرند.
7. ارزیابی نتایج: در صورتی که نمونه دارای نقیصه ترد باشد، به عنوان مردود اعلام می‌شود؛ در حالی که وجود نقیصه نرم به معنای قبولی نمونه است.

توضیح مهم: آزمون کشش برای جوش‌های لب به لب در لوله‌های پلی اتیلن، فراتر از ارزیابی کیفی، به عنوان یک آزمون کمی برای سنجش مقاومت و استحکام جوش‌ها تلقی می‌شود. این روند به مهندسین و طراحان امکان می‌دهد تا با دقت بیشتری از پایداری و کارایی اتصالات در شرایط مختلف مطلع شوند.

جدول تست کشش لوله پلی اتیلن

درک مفاهیم تنش و کرنش در مهندسی مواد

در حوزه مهندسی مواد، آزمایش کشش نقش کلیدی در ارزیابی و مقایسه خواص مختلف مواد ایفا می‌کند. برای درک بهتر و مقایسه‌ی استحکام مواد، دو مفهوم اساسی به نام‌های تنش و کرنش وجود دارند که به صورت مستقل از ابعاد فیزیکی ماده تعریف می‌شوند.

تنش مهندسی به میزان نیروی وارد بر واحد سطح مقطع عرضی یک ماده اطلاق می‌شود و با نماد σ نشان داده می‌شود، در حالی که کرنش مهندسی، که با نماد ε مشخص می‌گردد، نشان دهنده‌ی نسبت تغییر طول به طول اولیه‌ی ماده است.

با بررسی واکنش‌های تنش-کرنش مواد مختلف، می‌توان استحکام آن‌ها را بدون توجه به ابعاد فیزیکی ارزیابی کرد. به عنوان مثال، در آزمون کشش، یک نمونه پلیمری با سطح مقطع مربعی و طول ضلع تقریبی 10 میلی‌متر مربع تحت بار 500 نیوتون پاره می‌شود. در این حالت، تنش وارد بر نمونه 5 مگاپاسکال (MPa) محاسبه می‌شود.

این مقاله از تکنوپایپ به بررسی مفهوم استحکام کششی و سایر خصوصیات مهم ناشی از نمودار تنش-کرنش می‌پردازد:

• استحکام کششی نشان دهنده‌ی بیشینه نیرویی است که ماده می‌تواند بدون شکست در طول آزمون کششی تحمل کند، که معمولا در دو نقطه: تسلیم (Y) و شکست (F) مشخص می‌شود.
• کرنش نقطه شکست، درصد کرنش ماده تا زمان رسیدن به نقطه شکست را مشخص می‌کند، که الاستومرها در این زمینه ارزش‌های بالایی دارند.
• مدول یانگ، که شیب قسمت خطی نمودار تنش-کرنش را نشان می‌دهد، بیانگر سفتی ماده است. مواد صلب دارای مدول یانگ بالاتری هستند، در حالی که الاستومرها مدول پایینی دارند.
• چقرمگی، که مساحت زیر منحنی تنش-کرنش است، میزان انرژی را نشان می‌دهد که ماده باید جذب کند تا به شکست برسد.

چقرمگی و استحکام دو خصوصیت متمایز هستند. ماده‌ای که چقرم نیست، ترد خوانده می‌شود و می‌تواند حتی با وجود داشتن استحکام بالا، در آزمون کشش به سرعت شکسته شود.

نقطه تسلیم، پایان دامنه الاستیک را نشان می‌دهد و بیانگر این است که ماده تا این نقطه به صورت ارتجاعی کشیده می‌شود. وقتی ماده کشیده می‌شود، زنجیره‌های پلیمری تمایل دارند که به حالت اولیه خود بازگردند، اما پس از نقطه تسلیم، تغییرات ماکروسکوپیک شروع شده و در نهایت به شکست می‌انجامد.

منحنی‌های تنش-کرنش بر اساس خواص مواد

منحنی‌های تنش-کرنش بر اساس خواص مواد

با توجه به ویژگی‌های منحصربه‌فرد هر ماده، نمودار تنش-کرنش آن متفاوت است و بر اساس خواص مکانیکی مختلف، منحنی‌های گوناگونی در این نمودار شکل می‌گیرد. این تفاوت‌ها به خوبی در نمودار بالا قابل مشاهده است که در ادامه، به بررسی اجمالی منحنی‌های کلیدی این نمودار پرداخته می‌شود:

1. منحنی اول: نشان‌دهنده خصوصیات مواد الاستیک خطی و شکننده است. موادی چون اپوکسی و پلی‌استایرن، که پیشتر نیز به شکنندگی آنها اشاره شده بود، مصداق‌هایی از این دسته‌اند.
2. منحنی دوم: مربوط به مواد نیمه انعطاف‌پذیر (semi-ductile) می‌باشد که نمونه بارز آن PMMA است.
3. منحنی سوم: مختص مواد انعطاف‌پذیر با مدول الاستیسیته پایین‌تر در مقایسه با مواد نیمه انعطاف‌پذیر است، اما از نظر چقرمگی، عملکرد بهتری را نشان می‌دهند. PET و پلی‌کربنات از جمله مواد این گروه هستند.
4. منحنی چهارم: به کاربرد مواد الاستومری مانند یورتان انعطاف‌پذیر اختصاص دارد.

به طور کلی، با حرکت از منحنی اول به سمت منحنی‌های بعدی، با موادی با انعطاف‌پذیری بیشتر و مدول الاستیسیته کمتر روبرو می‌شویم، که این تغییرات بیانگر تنوع وسیعی از خصوصیات مکانیکی مواد در برابر نیروهای وارده است.