آزمون مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش های محیطی (ESCR) پلی اتیلن

1398/10/09
توسط مدير سايت
466بار نمایش

 

در طول دهه های اخیر ، خواص پلی اتیلن با دانسیته بالا (HDPE) با توجه به کاربرد زیاد آن در صنایع مختلف به طور قابل توجهی بهبود یافته است و از این رو استاندارد های عملکردی دقیقی به منظور بررسی خواص آن مورد استفاده قرار گرفته است. برخی از این آزمون های عملکردی ممکن است چندین ماه به طول انجامد که از جمله آن می توان به آزمون مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش های محیطی اشاره کرد. به علت اینکه روش های آزمون استاندارد برای اندازه گیری ESCR پلاستیک ها زمان زیادی را می گیرد (گاها ماه ها)، کیفیت محصولات در صورتی که شکستی نشان ندهند قابل قبول است.

امروزه اصطلاح "مقاومت در برابر رشد آهسته ترک" به منظور تشخیص تمام روش های آزمون ESCR مورد استفاده قرار می گیرد. گسترده ترین و قدیمی ترین روش، آزمون ESCR نوار های خم شده می باشد. به علت محدودیت این روش به خصوص زمان طولانی آزمون ، چندین آزمون دیگر مانند آزمون بار کشش ثابت ناچ دار2 (NCTL3PENT در ایالت متحده و 4FNCT در اروپا توسعه یافتند.

 

آزمون 1ESCR نوارهای خمیده، استاندارد ASTM D1693

این آزمون برای اولین بار در اواخر دهه 1940 توسط  آزمایشگاه Bell توسعه یافت. طبق این آزمون ابتدا ده نمونه مستطیلی شکل از ورقه ای که طبق شرایط استاندارد آماده شده است، تهیه می شود و در عرض همه نمونه ها یک ناچ با ضخامت کنترل شده به صورت افقی به عنوان نقطه شروع ترک زده می شود. سپس نمونه ها خم شده و به حالت حرف C درون گیج بلاک قرار داده می شوند تا یک تنش در نمونه ایجاد شود. شماتیک این آزمون در شکل 1 نشان داده شده است. نمونه ها درون لوله ای که با محلول اگی پال پرشده است گذاشته و در یک حمام گرم با دمای مشخص قرار داده می شوند. ترک خوردگی و تسلیم نمونه به صورت روزانه مورد بررسی قرار می گیرد. پارامترهایی مانند غلظت محلول، دمای محیط و ابعاد نمونه ها همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است متناسب با شرایط آزمون تغییر می  کند. 

آزمون بار کشش ثابت ناچ دار (NCTL)، استاندارد ASTM D5397

این روش معمولا در ایالت متحده برای مواد ژئوممبران استفاده می شود. شرایط معمول آزمون دمای 50 درجه سانتیگراد، محلول 10 درصد اگی پال و بار اعمال شده 30 درصد از تنش تسلیم نمونه ها می باشد. عمق ناچ زده شده بر روی نمونه ها 20% ضخامت نمونه ها می باشد. شماتیک این روش در شکل 2 نشان داده شده است . زمان تسلیم نمونه ثبت می شود. نتایج آزمون فقط به شرایط آزمون وابسته است و به عملکرد نسبی در شرایط دیگر دلالت نمی کند. نقاط تسلیم که در حالت شکننده اتفاق می افتد نشان دهنده عملکرد رشد آهسته ترک می باشد. 

 

آزمون ناچ پلی اتیلن (PENT)، استاندارد ASTM F1473
این روش در ایالت متحده برای آزمون مواد لوله های PE استفاده می شود. شرایط آزمون شامل هوای 80 درجه سانتیگراد و تنش 2.4 MPa می باشد. دیاگرام این آزمون در شکل 3 نشان داده شده است. نمونه ها به صورت مستقیم از لوله یا یک ورق قالب گیری شده تهیه می شوند و دارای اندازه mm 10*25*100  هستند. یک ناچ درون نمونه زده می شود تا به عنوان نقطه شروع ترک عمل کند. عمق این ناچ به ضخامت نمونه وابسته است. علاوه بر این ناچ هایی در دو طرف نمونه ایجاد می شود تا از این طریق ترک زایی در ناچ اصلی را آسان کنند. بار اعمال شده به نمونه مکانیزم ترکزایی را تسریع می کند و منجر به تسلیم نمونه می شود. 

 

آزمون خزش ناچ دار (FNCT)

این آزمون در سراسر اروپا به عنوان روش استاندارد مواد با گرید لوله PE که مقدار ESCR بالایی دارند.، مورد قبول می باشد. آزمون FNCT به علت زمان های کوتاه تر تسلیم نسبت به آزمون های PENT ترجیح داده می شود که این موضوع نیز به علت طراحی به خصوص نمونه و حضور محیط مانند اگی پال می باشد. هنوز هیچ شرایط پذیرفته شده ای برای آزمون FNCT در مقایسه با آزمون PENT وجود ندارد. با این حال، آزمونFNCT به طور گسترده ای در صنعت لوله  PE در اروپا و به منظور ایجاد مشخصات مواد در پیشنهاد روش آزمون بحث می شود. روش آزمون در شکل 4 نشان داده است. نمونه های این آزمون در اندازه های mm 10*10*100 به طور مستقیم از لوله یا قطعه قالب گیری شده تهیه می شود . نمونه ها از چهار طرف و با عمق 1500 میکرون ناچ زده می شوند. سپس نمونه بین فک های دستگاه خزش کششی قرار داده می شوند و در یک دمای کنترل شده حمام 80 یا 95 درجه سانتیگراد قرار داده می شوند. بارهای رایج مورد استفاده بین 4 و 5 مگاپاسکال هستند و زمان تسلیم برای هر نمونه ثبت می شود.

 

1Resistance Environmental Stress-Cracking 

Notched Constant Tensile Load

3  Polyethylene Notch Tensile

4Full Notch Creep Test