سختی سنجی در مواد پلیمری

تکنولوژی آزمايشگاه
Print Friendly

به گزارش تیم تحقیقات مرجع پلیمر در بازار ایران : مقاومت یک ماده نسبت به نفوذ یک جسم صلب در آن را سختی می نامند. اندازه گیری سختی یک جسم می‌تواند معرف سختی لایه رویی و یا عمق آن باشد. لذا روشهای سختی سنجی به بیان سختی ایجاد اثر در سطح قطعه و یا میزان نفوذ یک شی نوک تیز به داخل نمونه می پردازند. از بین روشهای موجود روشهای اندازه‌گیری راکول و Shore برای ترموپلاستیکها (گرمانرم ها) عمومیت بیشتری دارد. مطالعات نشان می دهند که تقریبا رابطه ای خطی بین مدول و سختی در ترموپلاستیکها بر قرار می باشد شکل (۱). لذا می توان معیاری را بر اساس مدول الاستیسیته مواد پلیمری برای انتخاب روش اندازه گیری سختی بدست می دهد.

جدول (۱)
شکل (۱) ارتباط بین سختی و مدول در مواد پلیمری

نمودار

 

جدول (۱) انتخاب روش انجام آزمون سختی بر اساس حدود مدول الاستیسیته پلیمر

جدول
در ذیل هر یک از روشهای اندازه گیری سختی توضیح داده می شوند:
روش سختی‌سنجی Barcol مطابق استاندارد ASTM D2583 میزان سختی ترموست‌ها را بین مقیاس ۰ تا ۱۰۰ نشان می‌دهد که عدد ۱۰۰ مبین جسم سخت‌تر است. شکل (۲)
شکل (۲) سختی سنج Barcol

همچنین برای سختی سنجی لاستیکها از سختی سنجی IRHD (International Rubber Hardness Degrees)مطابق استاندارد ASTM D1415 یا ISO 48 استفاده می شود که مقاومت ماده لاستیکی یا الاستومری را نسبت به عمق نفوذ یک گلوله نشان می‌دهد. این شاخص بین ۰ تا ۱۰۰ مدرج شده است که مقدار ۰ آن به ماده با مدول یانگ صفر و مقدار ۱۰۰ آن با ماده ای با مدول یانگ بینهایت اختصاص دارد. برای مواد بسیار الاستیک سختی IRHD با سختی Shore A قابل مقایسه می باشد.
این تست در شرایط مختلفی انجام می شود که جدول (۲) حدودی از شرایط انجام آزمون در حالتهای نرمال ، سختی بالا ، سختی کم و میکرو را نشان می دهد.

 

جدول (۲) روشهای مختلف سختی IRHD

روش انجام آزمون گلوله قطر (mm) نیروی تماس(N) کل نیرو(N) ضخامت (mm)  محدوده IRHD
N (نرمال) ۲٫۵ ۰٫۳ ۵٫۷ ۴ ۳۰ تا ۹۵
H (سختی بالا) ۱٫۰ ۰٫۳ ۵٫۷ ۴ ۸۵ تا ۱۰۰
L (سختی پایین) ۵٫۰ ۰٫۳ ۵٫۷ ۶ ۱۰ تا ۳۵
M (میکرو) ۰٫۳۹۵ ۰٫۰۰۸۳ ۰٫۱۵۳ ۴ ۳۰ تا ۹۵

 

 

 

روش تست راکول (ROCKWELL) در شکل (۳) نشان داده شده است که عمدتاً برای پلاستیکهای سخت که ارتجاع یا خزش پلیمر، اثر کمی بر نتیجه تست دارد نظیر پلی‌کربنات، نایلون ، پلی استایرن و استال مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

شکل (۳) نحوه انجام تست سختی سنجی راکول

rackwell

آزمون سختی سنجی راکول توسط استاندارد ASTM D785 یا ۲۰۳۹ ISO صورت می‌گیرد. مقادیر متفاوتی از آزمون راکول براساس اندازه گلوله استیل و میزان بار اعمال شده گزارش می‌شود. سه روش عمومی که در مورد پلاستیکها کاربرد بیشتری دارد عبارتست از راکول E ، M و R .
نتایج حاصل از راکول L کمتر استفاده می شود. همچنین مقادیر راکول A ، B و C معمولاً برای سختی سنجی فلزات مورد استفاده قرار میگیرد.

جدول (۳) روشهای مختلف اندازه گیری سختی راکول

نام روش اعمال بار کم(kg) اعمال بار زیاد (kg)   قطر گلوله (in) قطر گلوله (mm)
R ۱۰ ۶۰ ۰٫۵ ۱۲٫۷
L ۱۰ ۶۰ ۰٫۲۵ ۶٫۳۵
M ۱۰ ۱۰۰ ۰٫۲۵ ۶٫۳۵
E ۱۰ ۱۰۰ ۰٫۱۲۵ ۳٫۱۷۵
K ۱۰ ۱۵۰ ۰٫۱۲۵ ۳٫۱۷۵

 

 

 

از روشهای دیگر برای اندازه گیری سختی ، تست Shore می باشد که در شکل (۴) نشان داده شده است. این روش برای سختی سنجی پلاستیکهای نرم و لاستیکها با دو روش D و A به کار می رود. Shore A برای لاستیکهای نرم و Shore D برای انواع سخت تر به کار می رود. سختی Shore انواع دیگری مانند O و H نیز دارد که در موارد معدودی به کار می روند. سختی Shore توسط دستگاهی به نام Durometer اندازه‌گیری می‌شود. با توجه به ارتجاعیت لاستیکها و پلاستیکهای نرم ، مقدار فرورفتگی با زمان تغییر می‌کند. لذا معمولاً مقدار اثر حاصل همراه زمان قرائت نتیجه گزارش می‌شود. این آزمون طبق استانداردهای ASTM D2240 یا ۸۶۸ ISO قابل انجام می‌باشد.
شکل (۴) روش انجام تست سختی سنجی Shore

Durometer نوع کاربرد  ابعاد نشانه گر
A استفاده برای
مواد نرم
shoreA
D استفاده برای
مواد سخت
shoreB

نتایج حاصل از تستهای سختی سنجی مقادیر مفیدی را درخصوص مقاومت ماده در برابر نفوذ یک جسم صلب در گریدهای مختلف یک پلیمر بدست می دهد. لازم به ذکر است که مقدار گزارش شده برای آزمون سختی همانند تست های استحکام کششی ، مقاومت به خراش ، سایش ، فرسایش نمی باشد و نمی‌تواند به تنهایی به عنوان یک ویژگی طراحی مورد استفاده واقع شود.

جدول (۴) مقادیر مقایسه ای از سختی راکول و Shore را برای چند نوع پلیمرمتفاوت ارائه می دهد.
جدول (۴) مقایسه مقادیر سختی چند نوع پلیمر از روشهای راکول و Shore

shore-rock

لازم به ذکر است که روش سختی سنجی ویکرز (Vickers) برای بیان مقاومت به نفوذ یک نشانه هرمی مربع شکل در نمونه های فلزی ، سرامیکی و ترکیبات کامپوزیتی به کار می رود.

در شکل (۵) رنج سختی در مواد لاستیکی و پلاستیکی به تصویر کشیده شده است.
شکل (۵) رنج سختی در مواد پلیمری مختلف

h-e-p

0
telegram.png

نظر بگذارید