Նորություններ

01 Ազդեցիկ կատարողականի էությունը

Շատերը, լսելով «հարվածային դիմադրություն» բառը, անմիջապես մտածում են «ամրության» մասին: Բայց ի՞նչ է իրականում ամրությունը: Պարզ ասած՝ դա այն է, թե արդյոք նյութը կարող է արդյունավետորեն ցրել էներգիան հարվածի տակ:

Եթե ​​էներգիան կարող է սահուն ցրվել, նյութը «ամուր» է. եթե էներգիան կենտրոնացած է մեկ կետում, այն «փխրուն» է։

Այսպիսով, ինչպե՞ս են պոլիմերները ցրում էներգիան։ Հիմնականում երեք ճանապարհով.

• Շղթայի հատվածի շարժում. Երբ արտաքին ուժ է ազդում, մոլեկուլային շղթաները էներգիան ցրում են ներքին պտույտի, ծռման և սահելու միջոցով։ Մոլեկուլային շղթաները կարող են «խուսափել», ծռվել և սահել։

• Միկրոտարածքի դեֆորմացիա. ինչպես ռետինը, ռետինե մասնիկները ճաքեր են առաջացնում մատրիցում՝ կլանելով հարվածային էներգիան։ Ներքին փուլային կառուցվածքը կարող է դեֆորմացվել, ապա վերականգնվել։ 

• Ճաքի շեղման և էներգիայի կլանման մեխանիզմներ. Նյութի ներքին կառուցվածքը (օրինակ՝ փուլային միջերեսները և լցանյութերը) ճաքի տարածման ուղին դարձնում է ոլորապտույտ, հետաձգելով կոտրումը: Ավելի պարզ ասած՝ ճաքը չի ընթանում ուղիղ գծով, այլ խզվում, շեղվում և պասիվորեն չեզոքացվում է ներքին կառուցվածքի կողմից:

Գիտեք, հարվածային ուժը իրականում «կոտրմանը դիմակայելու ուժ» չէ, այլ «էներգիան վերաուղղորդելու միջոցով ցրելու ունակություն»։

Սա նաև բացատրում է մի տարածված երևույթ. որոշ նյութեր ունեն աներևակայելի բարձր ձգման ամրություն և հեշտությամբ կոտրվում են հարվածից, օրինակ՝ ինժեներական պլաստմասսաները, ինչպիսիք են PS-ը, PMMA-ն և PLA-ն։

Մյուս նյութերը, չնայած միջին ամրությանը, կարող են դիմակայել հարվածներին։ Պատճառն այն է, որ առաջինները տեղ չունեն «էներգիան ցրելու», մինչդեռ երկրորդները «էներգիան ցրելու»։ Օրինակներ են PA-ի թերթերն ու ձողերը,PPև ABS նյութեր։

Մանրադիտակային տեսանկյունից, երբ արտաքին ուժը ակնթարթորեն է հարվածում, համակարգը զգում է չափազանց բարձր լարվածության արագություն, այնքան կարճ, որ նույնիսկ մոլեկուլները չեն կարող ժամանակին «արձագանքել»։

Այս պահին մետաղները ցրում են էներգիան սահքի միջոցով, կերամիկան արտանետում է էներգիա ճաքերի միջոցով, մինչդեռ պոլիմերները կլանում են հարվածը շղթայի հատվածի շարժման, դինամիկ ջրածնային կապի խզման և բյուրեղային ու ամորֆ շրջանների համակարգված դեֆորմացիայի միջոցով։

Եթե ​​մոլեկուլային շղթաները բավարար շարժունակություն ունեն իրենց դիրքը կարգավորելու և ժամանակի ընթացքում վերադասավորվելու համար՝ արդյունավետորեն բաշխելով էներգիան, ապա հարվածային կատարողականը լավն է։ Եվ հակառակը, եթե համակարգը չափազանց կոշտ է՝ շղթայի հատվածի շարժումը սահմանափակ է, բյուրեղությունը չափազանց բարձր է, իսկ ապակե անցման ջերմաստիճանը՝ չափազանց բարձր, երբ արտաքին ուժ է գալիս, ամբողջ էներգիան կենտրոնանում է մեկ կետի վրա, և ճաքը տարածվում է անմիջապես։

Հետևաբար, հարվածային դիմադրության էությունը «կարծրությունը» կամ «ամրությունը» չէ, այլ նյութի՝ շատ կարճ ժամանակում էներգիան վերաբաշխելու և ցրելու ունակությունը։

 

02 Notched vs. Unnotched. Ոչ թե մեկ թեստ, այլ երկու ձախողման մեխանիզմներ

«Հարվածի ուժը», որի մասին մենք սովորաբար խոսում ենք, իրականում երկու տեսակի է լինում. 

• Անխորտակ հարված. Ուսումնասիրում է նյութի «ընդհանուր էներգիայի ցրման կարողությունը»։ 

• Ատամնային հարված. Ուսումնասիրում է «ճաքի ծայրի դիմադրությունը»։

Անհատակ հարվածային միավորը չափում է նյութի ընդհանուր ունակությունը՝ կլանելու և ցրելու հարվածային էներգիան: Այն չափում է, թե արդյոք նյութը կարող է կլանել էներգիան մոլեկուլային շղթայի սահքի, բյուրեղային ճեղքման և ռետինե փուլի դեֆորմացիայի միջոցով՝ ուժի ազդեցության ենթարկվելու պահից մինչև կոտրվածք: Հետևաբար, բարձր անհատակ հարվածային միավորը հաճախ ցույց է տալիս ճկուն, համատեղելի համակարգ՝ լավ էներգիայի ցրմամբ:

Ատամնային հարվածային փորձարկումը չափում է նյութի դիմադրությունը ճաքերի տարածմանը լարվածության կոնցենտրացիայի պայմաններում: Դուք կարող եք դա դիտարկել որպես «համակարգի հանդուրժողականություն ճաքերի տարածմանը»: Եթե միջմոլեկուլային փոխազդեցությունները ուժեղ են, և շղթայի հատվածները կարող են արագ վերադասավորվել, ճաքերի տարածումը «կդանդաղեցվի» կամ «կպասիվացվի»:

Հետևաբար, բարձր կտրվածքային հարվածային դիմադրություն ունեցող նյութերը հաճախ ունենում են ուժեղ միջմակերեսային փոխազդեցություններ կամ էներգիայի ցրման մեխանիզմներ, ինչպիսիք են պոլիկարբոնատում էսթերային կապերի միջև ջրածնային կապերը կամ ռետինե ամրացման համակարգերում միջմակերեսային ապակապման և ծալման գործընթացները։ 

Սա է նաև պատճառը, որ որոշ նյութեր (օրինակ՝ PP, PA, ABS և PC) լավ են հանդես գալիս չհատված հարվածային փորձարկումներում, սակայն ցույց են տալիս հարվածային դիմադրության զգալի նվազում, ինչը ցույց է տալիս, որ դրանց մանրադիտակային էներգիայի ցրման մեխանիզմները արդյունավետ չեն գործում լարվածության կենտրոնացման պայմաններում։

 

03 Ինչո՞ւ են որոշ նյութեր հարվածակայուն։

Սա հասկանալու համար մենք պետք է նայենք մոլեկուլային մակարդակին։ Պոլիմերային նյութի հարվածային դիմադրությունը պայմանավորված է երեք հիմնարար գործոններով.

1. Շղթայական հատվածներն ունեն ազատության աստիճաններ.

Օրինակ՝ PE-ում (UHMWPE, HDPE), TPU-ի և որոշակի ճկուն PC-ների դեպքում, շղթայի հատվածները կարող են էներգիա ցրել հարվածի տակ կոնֆորմացիոն փոփոխությունների միջոցով: Սա, ըստ էության, բխում է ներմոլեկուլային շարժումների միջոցով էներգիայի կլանումից, ինչպիսիք են քիմիական կապերի ձգումը, ծռումը և ոլորումը:

2. Փուլային կառուցվածքն ունի բուֆերային մեխանիզմ. HIPS, ABS և PA/EPDM նման համակարգերը պարունակում են փափուկ փուլեր կամ միջերեսներ: Հարվածի ժամանակ միջերեսները նախ կլանում են էներգիա, անջատվում, ապա վերամիավորվում:Ինչպես բռնցքամարտի ձեռնոցները, ձեռնոցները չեն մեծացնում ուժը, բայց երկարացնում են լարվածության ժամանակը և նվազեցնում գագաթնակետային լարվածությունը։ 

3. Միջմոլեկուլային «կպչունություն». Որոշ համակարգեր պարունակում են ջրածնային կապեր, π–π փոխազդեցություններ և նույնիսկ դիպոլային փոխազդեցություններ: Այս թույլ փոխազդեցությունները «զոհաբերում» են իրենց՝ հարվածի ժամանակ էներգիա կլանելու համար, ապա դանդաղորեն վերականգնվում են:

Հետևաբար, դուք կտեսնեք, որ որոշ պոլիմերներ, որոնք ունեն բևեռային խմբեր (օրինակ՝ PA-ն և PC-ն), հարվածից հետո առաջացնում են զգալի ջերմություն՝ դա պայմանավորված է էլեկտրոնների և մոլեկուլների կողմից առաջացող «շփման ջերմությամբ»։ 

Պարզ ասած, հարվածակայուն նյութերի ընդհանուր առանձնահատկությունն այն է, որ դրանք բավականաչափ արագ վերաբաշխում են էներգիան և միանգամից չեն փլուզվում։

 

ԱՆՑUHMWPE-ն ևHDPE թերթs-ը ինժեներական պլաստմասսա արտադրանք է, որն ունի գերազանց հարվածային դիմադրություն: Որպես հանքարդյունաբերական մեքենաների և ինժեներական տրանսպորտային արդյունաբերության հիմնական նյութ, դրանք փոխարինել են ածխածնային պողպատին և դարձել են բեռնատարների և ածխային բունկերների ծածկույթների նախընտրելի ընտրությունը: 

Դրանց չափազանց ուժեղ հարվածային դիմադրությունը պաշտպանում է դրանք կոշտ նյութերի, օրինակ՝ ածուխի հարվածներից՝ պաշտպանելով տրանսպորտային սարքավորումները: Սա կրճատում է սարքավորումների փոխարինման ցիկլերը, այդպիսով բարելավելով արտադրության արդյունավետությունը և ապահովելով աշխատողների անվտանգությունը: