تستخدم صفائح PP (polypropylene) على نطاق واسع في التصميمات الداخلية للسيارات ومواد التغليف والأجهزة الإلكترونية وغيرها من الحقول بسبب وزنها الخفيف ومقاومة التآكل الكيميائي وسهولة المعالجة. ومع ذلك ، فإن سيناريوهات التطبيق المختلفة لها اختلافات كبيرة في الخواص الميكانيكية لألواح PP ، وخاصة المؤشر الأساسي لقوة الشد. ستحلل هذه المقالة بشكل منهجي النقاط الرئيسية لقوة الشد لأوراق PP من ثلاثة مستويات: النظام القياسي الدولي ، ومواصفات تشغيل الاختبار ، والعوامل المؤثرة متعددة الأبعاد ، وتوفر الدعم الفني للبحث عن المواد وتطبيقات مراقبة الجودة والهندسة.
ما هي المعايير الدولية أو الوطنية التي يتم اتباعها لاختبار قوة الشد لأوراق PP؟
في مجال اختبار الأداء البلاستيكي ، تشكل معايير سلسلة ISO 527 إطارًا أساسيًا للاختبار. يتضمن النظام القياسي بشكل أساسي ثلاثة مكونات: الجزء الأول (المبدأ العام) ينظم بشكل أساسي المفاهيم الأساسية لاختبارات الشد ، مثل تعريف المصطلحات المهنية مثل قوة العائد واستطالة الكسر ، ويقوم أيضًا بتقديم متطلبات للتصنيف المورفولوجي للعينة ، بما في ذلك نوعين: بنية الدمبل المشتركة والبنية المستطيلة. فيما يتعلق بظروف الاختبار ، فإن المعلمات الرئيسية مثل درجة الحرارة المحيطة ورطوبة الهواء ومعدل الشد الذي يحتاج المختبر للتحكم فيه. لا سيما بالنسبة لوضع التقدير لسرعة التمدد ، على سبيل المثال ، بالنسبة لمواد الفيلم الرقيقة ، عادةً ما يتم استخدام التمدد البطيء البالغ 1 مم\/دقيقة ، في حين يمكن استخدام المواد الشبيهة بالصفائح للكشف عن سرعات أسرع تبلغ 50 مم\/دقيقة.
فيما يتعلق بقواعد إعداد العينة ، تفاصيل ISO 527-2 المواصفات المحددة للعينتين. أخذ نموذج 1BA\/1BB في عينة نوع الدمبل كمثال ، يتم ضبط عرض الجزء الضيق على 4 مم ويتم تثبيت طول المقياس عند 50 مم. هذا التصميم أكثر فاعلية لاكتشاف العيوب المحلية في المادة. يتم توسيع عرض العينة المستطيلة إلى 10 مم. على الرغم من أن بيانات الاختبار أكثر استقرارًا ، إلا أنها قد لا تعكس بدقة مشاكل الأداء المحلية للمادة. في الجزء الثالث من المعيار للمواد الخاصة ، مثل أوراق البولي بروبيلين بسمك لا يزيد عن 1 مم ، يوصي المعيار باختيار المعدلات المختلفة وفقًا لغرض الاختبار - سرعة بطيئة تبلغ 1 مم\/دقيقة مناسبة لمحاكاة ظروف التحميل الثابتة على المدى الطويل ، وسرعة تسريعها 50 مم\/دقيقة أقرب إلى الوضع الفعلي لأحمال التأثير.
إن معيار ASTM D638 شائع الاستخدام في أمريكا الشمالية له خصائصه في تصميم العينة. على سبيل المثال ، على الرغم من أن معلمات العرض والقياس من النوع الأول من العينات المستطيلة هي نفسها تلك الخاصة بمعايير ISO ، إلا أن بنية تركيبات التثبيت محسّنة بشكل خاص ، مما يجعل من السهل التثبيت في التشغيل الفعلي. في المقابل ، فإن عينات الدمبل التي يبلغ عرضها 4 مم في معيار ISO لها حساسية أعلى للكشف عن العيوب الداخلية بسبب منطقة التلامس الصغيرة. هذه الخاصية تجعلها تستخدم على نطاق واسع في فحص جودة المصنع. هناك أيضًا اختلافات في طريقة تصنيف معدل الاختبار في النظامين القياسيين ، ومن الضروري تحديد وتكييف سيناريوهات الاستخدام للمواد المحددة.
عند إجراء اختبار أداء المواد ، غالبًا ما يكون من الضروري تمييز سرعات الاختبار. على سبيل المثال ، الاختبار البطيء (سرعة 5 مم في الدقيقة) ، هذا الحل أكثر ملاءمة للمواد مثل البلاستيك الهندسي (مثل الأجزاء البلاستيكية حول لوحة القيادة للسيارة) ، ويستخدم بشكل أساسي لمراقبة الحد الأقصى لقيمة القوة التي يمكن أن تحققها المادة نفسها. يتم استخدام الاختبارات السريعة (إعداد 500 مم في الدقيقة) لمحاكاة سيناريوهات الاستخدام الفعلي ، مثل مواقف التأثير التي قد تواجهها أفلام تغليف المنتجات الإلكترونية أثناء النقل. في هذه الحالة ، يمكن أن تعكس البيانات التي تم الحصول عليها بشكل أفضل حالة الاستخدام الحقيقية.
فيما يتعلق باختيار معايير الاختبار ، فإن المرجع الرئيسي في الصين هو المستند القياسي GB\/T 1 0 40.2. يمكن أن يكون نطاق سمك العينة المحددة فيه من 0.1 مم إلى 14 مم ، ويغطي بشكل أساسي جميع مواصفات أوراق PP التي تنتجها عمليات الحقن أو عمليات البثق. من المهم بشكل خاص أن نلاحظ أن المعايير تتطلب بوضوح أنه عند إجراء اختبارات مقارنة ، يجب التحكم في الظروف البيئية ليتم التحكم فيها في درجة حرارة 23 درجة ، ويجب ألا تتجاوز الرطوبة 2 درجة ، ويجب الاحتفاظ بالرطوبة في حدود 50 ٪ ± 5 ٪ ، ويجب أن توضع العينات مسبقًا على الأقل 40 ساعة على الأقل.
يؤكد معيار الاتحاد الأوروبي (DIN EN ISO 527) على دقة القياس ، على سبيل المثال ، يجب التحكم في خطأ مسافة المقياس ضمن نطاق زائد أو ناقص 0. 2 مم. يرجع ذلك بشكل أساسي إلى أن انحراف مسافة المقياس يتجاوز 1 ٪ ، فقد يكون لبيانات الكثافة المحسوبة النهائية خطأ حوالي {4}}. 5 ٪ إلى 1 ٪. بالنسبة للمواد PP المستخدمة في المجال الطبي ، يلزم اختبار السلامة الحيوية الإضافية على النحو المحدد في ISO 10993 ، وهو التأكيد على أن المواد المترسبة بعد نقع المواد لن تؤثر على أدائها الشد.
يحتوي المعيار الداخلي على مستوى الصناعة QB\/T 2471-2000 على متطلبات خاصة لأوراق PP المقذوف. على سبيل المثال ، تتطلب مواد PP النقية قوة شد لا تقل عن 28 ميغابا ، ولا يمكن أن يكون الاستطالة عند الاستراحة أقل من 150 ٪. إذا تمت إضافة مادة معدلة مع مسحوق التلك بنسبة 30 ٪ ، على الرغم من أنه يمكن زيادة قوة الشد إلى أكثر من 40 ميجا باسكال ، سيتم استرخاء معيار الاستطالة إلى 50 ٪ - هذا الإعداد هو في الواقع إيجاد نقطة توازن بين صلابة المادة.
عند اختيار خطة اختبار ، انتبه بشكل خاص إلى الاختلافات بين المعايير. على سبيل المثال ، من حيث شكل العينة ، فإن عينة من نوع الدمبل (عرضها 4 مم في الجزء الأوسط الضيق) المعتمدة من قبل معيار ISO تعرض لفضح العيوب المحلية للمادة ، والتي تعد أكثر ملاءمة لاختيار الصيغ في مرحلة البحث والتطوير. العينات المستطيلة (عرض 10 مم) المستخدمة من قبل معيار ASTM لها استقرار أفضل أثناء فحص الإنتاج الضخم. يجب أيضًا دمج اختيار سرعة الاختبار مع سيناريوهات التطبيق الفعلية. على سبيل المثال ، تعد الأجزاء الداخلية للسيارات مناسبة لاستخدام الاختبارات البطيئة لـ ISO 527 لتقييم أداء الإجهاد على المدى الطويل. ومع ذلك ، إذا كانت مادة تغليف للمنتجات الإلكترونية ، فيجب استخدام الاختبارات السريعة ASTM لمحاكاة صدمات النقل.
ما هي احتياطات اختبار الشد لأوراق PP؟
حول إعداد العينة والمعالجة
إيلاء اهتمام خاص لطريقة التشغيل خلال مرحلة إعداد العينة. على سبيل المثال ، قد يسبب القطع الميكانيكي تركيز الإجهاد على حافة المادة ، أي أنه من السهل كسر الحافة. في هذا الوقت ، يوصى باستخدام قطع الليزر ، بحيث يمكن التحكم في المنطقة المتأثرة بالحرارة بشكل أساسي داخل {0}}. 1 مم. بالنسبة للأوراق المقدمة ، يجب قطع العينات في اتجاه تدفق المواد والاتجاه الرأسي على التوالي. على سبيل المثال ، عادة ما تكون قوة الشد في اتجاه الماكينة أعلى من 15 ٪ إلى 20 ٪ من تلك الموجودة في الاتجاه المستعرض.
من حيث التحكم البيئي ، ببساطة ، يجب السيطرة على ظروف درجة الحرارة والرطوبة. من المهم بشكل خاص ملاحظة أن درجة حرارة المعالجة يجب الحفاظ عليها في حدود 23 درجة مئوية بالإضافة إلى أو ناقص 1 درجة لتجنب التغيرات في بلورة المادة بسبب تقلبات درجة الحرارة. بالنسبة لمواد PP التي تحتوي على مكونات مثل شمع PE ، يجب وضعها في مجفف لمدة يومين تقريبًا لتحقيق التوازن. والغرض من ذلك هو منع امتصاص الرطوبة من التسبب في تخفيف التركيب الجزيئي.
النقاط الرئيسية لمعايرة معدات الاختبار
يجب اختيار مستوى دقة مقياس التمديد المستخدم لقياس الإجهاد وفقًا للموقف. عندما يتجاوز طول المقياس 25 مم ، يجب استخدام نموذج عالي الدقة مع خطأ لا يزيد عن 0. 5 ٪. إذا كنت ترغب في إجراء اختبار منخفض درجات الحرارة عند 40 درجة ، فأنت بحاجة إلى استخدام النيتروجين السائل لتبريد أجزاء المباراة ، وإلا فإن قوة الأجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ ستنخفض بنسبة 40 ٪ تقريبًا في درجات حرارة منخفضة.
اختيار أجهزة استشعار التحميل خاصة أيضًا. عند التعامل مع الأوراق الكثيفة ، يجب عليك اختيار مستشعر بمجموعة من 20 كيلو نيوتن ، ويجب التحكم في خطأ الدقة في غضون ألف. إذا كنت تقيس مواد فيلم رفيعة ، فسيكون الأمر أكثر ملاءمة للتغيير إلى نطاق 5 كيلو نيوتن ، والذي يمكن أن يتجنب انحرافات القياس الناتجة عن الحمل الزائد للمستشعر. على سبيل المثال ، إذا كان الحمل الزائد 10 ٪ ، فقد يصل الخطأ إلى نقطتين مئويتين.
أدوات التحكم الرئيسية أثناء الاختبار
ستؤثر طريقة التثبيت بشكل مباشر على النتائج التجريبية. يوصى باستخدام مشبك إسفين هيدروليكي لتطبيق ضغط التثبيت من 5 إلى 10 ميجا باسكال ، بحيث يمكن تخفيض احتمال انزلاق العينة من 15 ٪ إلى أقل من 3 ٪. يجب أن يكون طول التثبيت أكثر من 50 مم. إذا تم تثبيت 30 مم فقط ، فإن النهاية عرضة للسحق ، مما يؤدي إلى زيادة ربع في خطر الكسر.
انتبه إلى تحديد معالجة شذوذ البيانات. إذا انكسرت المادة قبل العائد ، فقد يكون ذلك ناتجًا عن عيوب في العينة أو التثبيت المفرط. يجب التخلص من هذه البيانات. يجب أن تحصل كل مجموعة من التجارب على خمس نقاط بيانات صالحة على الأقل ، ويجب ألا يتجاوز معامل التباين المحسوب 5 ٪ للإشارة إلى أن النتائج موثوقة.
ما هي العوامل التي تؤثر على قوة الشد من أوراق PP؟
خصائص المادة نفسها
التكوين الجزيئي
على سبيل المثال ، بالنسبة للمواد مثل polypropylene المتجانسة (HPP) ، نظرًا للترتيب المنتظم نسبيًا للسلاسل الجزيئية ، يمكن أن تصل البلورة عادةً إلى نطاق 50 ٪ -60 ٪ ، وقوة الشد المقابلة تدور حول {2}} mpa. ومع ذلك ، نظرًا للهيكل المشتت لمرحلة المطاط داخل بولي بروبيلين copolymer (CPP) ، على الرغم من أن مقاومة التأثير يمكن زيادة بنسبة 50 ٪ أو حتى مضاعفة ، سيتم تقليل قوة الشد إلى 20-30 mPa.
· تأثير درجة البلورة
باختصار ، كلما ارتفعت البلورة ، كلما زادت قوة الشد. على سبيل المثال ، لكل زيادة بنسبة 10 ٪ في البلورة ، يمكن زيادة القوة بحوالي {1}} MPA. إيلاء اهتمام خاص لتأثير الاختلافات في الأشكال البلورية. على سبيل المثال ، يمكن أن تكون قوة البولي بروبيلين الكريستال أعلى بنسبة 15 ٪ من قوة البولي بروبيلين الكريستالية ، والتي ترجع بشكل رئيسي إلى بنية الصفائح السميكة من البلورات. من أجل تحسين تأثير التبلور ، تعد إضافة عوامل النواة طريقة شائعة. على سبيل المثال ، يمكن لعامل Na -11 أن يسرع معدل التبلور بحوالي ثلاث مرات ويزيد من قوة الشد بنسبة 8 ٪ -12 ٪.
الوسائل الفنية لتعديل المواد
طريقة تعزيز الحشو
والآخر هو ملء الألياف الزجاجية. عندما تصل مبلغ الإضافة إلى 30 ٪ ، يمكن أن ترتفع قوة المادة إلى 60-80 MPA. هنا يجب أن نولي اهتمامًا لاتجاه الترتيب للألياف. على سبيل المثال ، عندما يصل اتجاه ترتيب الألياف الزجاجية إلى أكثر من 80 ٪ ، يكون التأثير الأفضل. إذا كان أقل من 60 ٪ ، فقد يكون تحسين القوة أقل من النصف. طريقة أخرى هي استخدام كربونات النانو الكالسيوم. إذا تمت إضافة هذا الحشو بنسبة 5 ٪ ، يمكن زيادة قوة الشد بنحو 10 ٪. ومع ذلك ، إذا تمت إضافته أكثر من اللازم ، أكثر من 10 ٪ ، فسيتم تكتله ، خاصةً إذا كانت الجسيمات كبيرة جدًا. إذا تجاوز 200 مقياس نانومتر ، فمن السهل التسبب في مشاكل في تركيز الإجهاد.
· توازن العلاج المتشدد
عندما تتم إضافة كمية العوامل المتشددة مثل مطاط EPDM إلى 20 ٪ ، على الرغم من أن قوة الشد ستنخفض إلى {1}} mpa ، سيتم تحسين ليونة المادة بشكل كبير ، ويمكن زيادة الاستطالة عند الاستراحة من 10 ٪ إلى 300 ٪. هذه المادة المعدلة مناسبة بشكل خاص لمواد التعبئة والتغليف التي تحتاج إلى ثني مرارًا وتكرارًا ، مثل حشية الختم في غطاء زجاجة المشروبات ، وهو سيناريو تطبيق يتطلب كل من المقاومة المتانة ومقاومة التشوه.
· Poe Elastomer: يمكن أن تزيد هذه المادة من قوة التأثير المستحقة من 4 كيلو جول\/م 2 إلى 18 كيلو جول\/م 2 مع الحفاظ على قوة 25 ميجا باسكال. على سبيل المثال ، تعد أجزاء مثل مصدات السيارات التي تتطلب سلامة عالية أكثر ملاءمة لهذه المادة.
معالجة المعلمات
عملية البثق
· درجة حرارة الذوبان: على سبيل المثال ، عندما يتم التحكم في درجة الحرارة عند 200 إلى 210 درجة مئوية ، تكون قوة الشد للمادة هي الأفضل ، ولكن إذا ارتفعت درجة الحرارة فوق 230 درجة ، فإن الهيكل الداخلي للمادة سهلة التحلل ، وسوف تنخفض قوة الشد بنسبة 15 ٪ تقريبًا.
· معدل التبريد: على سبيل المثال ، تكون قوة الشد للمنتج أعلى من 5 ٪ إلى 8 ٪ عند علاجها بتبريد الماء عند 5 درجات مقارنةً عند معالجتها بتبريد الهواء عند 25 درجة. ويرجع ذلك أساسًا إلى أن المادة تتبلور بشكل كامل عندما يكون التبريد سريعًا ، على سبيل المثال ، يمكن تقليل حجم الجسيمات البلورية من 50 ميكرون إلى 20 ميكرون.
عملية صب الحقن
· الضغط على الضغط: عندما يزداد الضغط من 5 0 mpa إلى 1 0 0 mpa ، ستزداد كثافة المادة من 0.90 إلى 0.92 جرام لكل سنتيمتر مكعب. في هذا الوقت ، يمكن أن تزيد قوة الشد بنسبة 8 ٪ إلى 12 ٪. هذا أساسا لأن الضغط العالي يمكن أن يقلل من الفراغات داخل المادة.
· درجة حرارة القالب: على سبيل المثال ، باستخدام قالب درجة الحرارة المنخفضة عند 40 درجة ، على الرغم من أن المادة يمكن تبلورها بسرعة وزيادة القوة بنسبة 5 ٪ ، يكون السطح عرضة لعلامات التدفق ؛ إذا تم استخدام قالب درجة حرارة عالية عند 80 درجة ، على الرغم من أن السطح أكثر سلاسة ، فإن القوة ستنخفض بنحو 3 ٪.
البيئة والاستخدام الظروف
تأثير درجة الحرارة
· درجة حرارة منخفضة: بدرجات -20 ، ستنخفض قوة مادة PP غير المعدلة إلى 15 ميجا باسكال ، وهو نصف ذلك في درجة حرارة الغرفة. في هذا الوقت ، ستصبح المادة هشة بشكل خاص ، على سبيل المثال ، ستنخفض قوة التأثير بشكل مباشر بنسبة 80 ٪.
· تليين ارتفاع درجات الحرارة: عندما ترتفع درجة الحرارة إلى 80 درجة ، ستنخفض قوة المادة إلى 18 ميجا باسكال ، ولكن يمكن مضاعفة الاستطالة ، مما يعني أن المادة قد خضعت لتليين حراري. في هذا الوقت ، من الضروري تحسين الأداء عن طريق خلط المواد الأخرى.
في ظل ظروف الاختبار الميكانيكية للسرعة التقليدية (يتم التحكم في سرعة التحميل عند حوالي 1 مم في الدقيقة) ، تكون قيمة قوة العائد المقاسة تقريبًا في حدود 28 ميجا باسكال. يمكن اعتبار هذه القيمة في الواقع سمات القوة للمادة نفسها. عندما يتم ضبط الظروف التجريبية على وضع التأثير عالي السرعة (على سبيل المثال ، يتم زيادة سرعة التحميل إلى 500 مم في الدقيقة) ، سيتم تحسين قوة العائد للمادة بشكل كبير ، وتصل إلى حوالي 35 ميجا باسكال. يرجع هذا التغيير بشكل أساسي إلى ظاهرة تصلب السلالة للمادة أثناء التشوه عالي السرعة. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه في هذه الحالة ، سيتم تخفيض استطالة المادة بشكل حاد من مستوى 300 ٪ الأصلي إلى حوالي 50 ٪. في هذا الوقت ، قد يكون من الضروري ضبط صيغة المواد ، مثل استخدام مواد البولي بروبيلين البوليمر مع مقاومة تأثير أفضل للتحسين.
من حيث المقاومة الكيميائية ، على سبيل المثال ، بعد الانغماس في سائل هيدروكسيد الصوديوم بنسبة 5 ٪ لمدة ثلاثة أيام ، سينخفض مؤشر قوة الشد للمادة بشكل كبير بحوالي 4 {4}} ٪. يرتبط السبب الرئيسي لهذا الموقف بتفاعل التحلل المائي للسلسلة الجزيئية المادية في بيئة قلوية. من الممكن التفكير في استبدال مواد بولي بروبيلين Copolymer أو طلاء سطح المادة للحماية. عند التحقيق في آثار شيخوخة الأشعة فوق البنفسجية (على سبيل المثال ، التشعيع المستمر مع مصدر ضوء UVB لمدة 1000 ساعة) ، سينخفض مؤشر قوة المواد بنحو ربع. لمعالجة هذه المشكلة ، على سبيل المثال ، إذا تمت إضافة مادة HALS التي تستقرها الضوء مع تركيز 0.5 ٪ ، يمكن التحكم في فقدان القوة بشكل فعال في غضون 10 ٪.
