خواص فیزیکی-مکانیکی مواد ویسکوالاستیک

پلیمرها، عمدتا از واکنش مولکول های هیدروکربن با یکدیگر حاصل می شوند. در ساختار یک هیدروکربن، اتم های کربن می توانند از طریق پیوندهای یگانه، دوگانه و یا سه گانه با هم متصل شوند. تحت شرایط خاص واکنش های پلیمریزاسیون، هیدروکربن ها می توانند با هم اتصال یافته و ساختار مولکول های بزرگتری را به وجود آورند. در ساختار هیدروکربن های اولیه ممکن است گروه های الکلی، اتری، اسیدی، آلدهیدی و یا حتی آروماتیکی حضور داشته باشند. لذا با توجه به نوع واکنش پلیمریزاسیون، این گروه ها می توانند در ساختار پلیمر حاصل ایفای نقش کرده و خواص فیزیکی مکانیکی آن را تحت تاثیر قرار دهند.

مواد پلیمری، ویسکوالاستیک هستند، یعنی خواص مکانیکی آنها تابعی از دو نوع رفتار سیال ویسکوز و جامد الاستیک ( بازگشت پذیر) است. به همین دلیل اگر ماده ترموپلاستیکی تحت تنش قرار گیرد، هم رفتار سیال ویسکوز (هدر دادن انرژی) و هم تغییر مکان الاستیک (ذخیره کردن انرژی) را به نمایش می‌گذارد. خواص مواد ویسکوالاستیک، تابع درجه حرارت، زمان و سرعت اعمال کرنش است.

الاستیسیته:

یکی از خواص فیزیکی پلیمرها الاستیسیته می باشد. قابلیت مواد در زمینه بازگشت به اندازه اولیه خود پس از اعمال تغییر شکل در آنها، الاستیسیته نام دارد. لاستیک ها، الاستیسیته بالا و اکثر پلاستیک ها الاستیسیته بسیار محدودی دارند.

پلاستیسیته:

از دیگر خواص فیزیکی پلیمرها، پلاستیسیته بوده که عکس خاصیت الاستیسیته است و بیان کننده قابلیت حفظ اندازه و شکل مواد پس از اعمال تغییر شکل در آنهاست. مواد پلاستیکی، اگر بیشتر از حد تسلیم خود، تحت تنش کششی قرار گیرند، این خاصیت را آشکارا از خود بروز می دهند.

نقطه نرمی:

یکی از مشخصات حائز اهمیت در انتخاب مواد پلیمری، محدوده دمایی است که در بالاتر از آن، پلیمر حالتی نرم به خود می گیرد. این دما را نقطه نرمی می نامند و خاصیت فیزیکی پلیمر محسوب می شود. روش های مختلفی برای بیان نقطه نرمی وجود دارد. یکی از این روش ها که مطابق با استاندارد B2782 صورت می گیرد، روش Cantilever   نامیده می شود. در این روش، میزان انحراف نمونه ای که به آن به صورت افقی وزنه ای آویزان شده و درون حمامی قرار گرفته است، اندازه گیری می شود. دمای حمام، به تدریج افزایش می یابد و دمایی را که نمونه مورد آزمایش به 30 درجه خمش برسد، به عنوان نقطه نرمی گزارش می شود.

روش دیگر بیان نقطه نرمی، روش Vicat است که بر اساس استاندارد های ASTM D1525 و ISO R306 اندازه گیری می شود. در این روش نمونه را زیر سوزنی قرار می دهند که بر روی آن وزنه ای مشخص نصب شده و کل مجموعه را درون حمام مایعی خاص جای می دهند. دمای حمام به تدریج افزایش می یابد. دمایی که در آن، سوزن به میزان یک میلی متر در نمونه نفوذ کرده باشد، دمای نرمی Vicat گزارش می شود.

نقطه نرمی می تواند محدودیتی در انتخاب یک پلیمر باشد. لذا مهندسان طراح برای جبران این ضعف، از آلیاژسازی پلیمر با مواد افزودنی تقویت کننده، استفاده می کنند. مواد افزودنی، تاثیر متفاوتی بر میزان نقطه نرمی پلیمرهای آمورف و پلیمرهای نیمه کریستالین می گذارند. برای مثال افزودن الیاف شیشه، بر پلیمر های آمورف منحنی تغییرات نقطه نرمی را به میزان 10 تا 20 درجه جابجا می کند واین عمل در پلیمرهای نیمه کریستالین منجر به افزایش دمای نرمی به میزان 65 تا 170 درجه سانتی گراد می شود. این مسئله می تواند راهکاری برای افزایش نقطه نرمی پلیمرهای نیمه کریستالین باشد.

خزش:  

از خواص مکانیکی پلیمرها محسوب شده و رفتاری است که پلیمرها بر اثر اعمال تنش ثابت، واکنشی از نوع تغییر کرنش وابسته به زمان، از خود نشان می دهند. با برداشتن تنش اعمال شده به پلاستیک در ناحیه الاستیک، کرنش موجود در پلاستیک با گذشت زمان از میان رفته و پلاستیک به ابعاد اولیه خود باز می گردد. این پدیده نقش مهمی در طراحی دارد. خزش در دماهای بالاتر، اهمیت بیشتری می یابد و به عنوان عاملی مهم در انتخاب نوع گرید ماده، مطرح می شود. پدیده خزش، بیانگر عدم ثبات مدول در یک پلیمر است و می توان نتایج حاصل از تغییرات مدول پلاستیک تحت خزش را در مقایسه با مدول الاستیک برای کارهای طراحی، دقیق تر و مناسب تر دانست.  رفتار خزش در مواد آمورف و کریستالین تفاوت هایی با یکدیگر دارند. مواد کریستالین، معمولا تحت اعمال تنش مساوی، خزش بیشتری نسبت به مواد آمورف از خود نشان می دهند.

واحد تحقیق و توسعه شرکت فناوران رنگدانه سپاهان