بررسی آزمون خواص خمشی پلیمرها
خواص خمشی (Flexural Properties)
- ASTM D790
- SO 178
- SIRI 357
خواص خمشی به مجموعه‌ای از خواص نمونه ازجمله استحکام، کرنش و مدول خمشی که در طی آزمون خمش تعیین می‌شود، اطلاق می‌گردد. به‌عنوان‌مثال استحکام خمشی، توانایی ایستادگی نمونه در مقابل نیروی خمشی اعمال‌شده در جهت عمود بر محور طولی آن هست.
در این آزمون خواص نمونه‌های پلاستیکی سخت و نیمه سخت اعم از مواد خالص و یا نمونه‌های کامپوزیتی تعیین می‌شود. نتایج این آزمون برای انتخاب قطعاتی که تحت بارگذاری خمشی نباید خم شوند، به کار می‌رود. مدول خمشی نمایانگر سفتی ماده، هنگام قرارگیری تحت بار خمشی هست. آزمون‌های تعیین استحکام خمشی نسبت به آزمون‌های کششی دارای مزایا زیادی بوده و در مواقعی که نمونه مورداستفاده به‌صورت میله‌ای شکل بوده و شکست قطعه در حالت خمیدگی اتفاق می‌افتد، این آزمون برای طرحی مناسب‌تر است. از طرف دیگر آماده کردن آزمونه برای آزمون خمش، بدون کرنش باقی‌مانده در آن آسان‌تر از آزمونه مربوط به آزمون کشش است. همچنین محکم بستن آزمونه در آزمون کشش، می‌تواند باعث ایجاد تمرکز تنش در برخی قسمت‌های آن شده و روی نتایج آزمون اثر بگذارد. مزیت دیگر آزمون خمش این است که اندازه‌گیری دقیق تغییر شکل نمونه در کرنش‌های کوچک را ممکن می‌سازد. تنش‌های اعمال‌شده به‌وسیله نیروهای خمشی ترکیبی از تنش‌های کششی و فشاری هست. درواقع وقتی قطعه‌ای تحت خمش قرار می‌گیرد، سطح بالای آن تحت‌فشار و سطح پایین آن تحت کشش است. خواص خمشی در عبارت‌هایی چون بیشینه تنش و کرنش در سطح بیرونی آزمونه مورد آزمون محاسبه و گزارش می‌شوند. بسیاری از پلیمرها حتی پس از خمیدگی زیاد تحت خمش نمی‌شکنند. بنابراین اندازه‌گیری استحکام خمش نهایی آن‌ها غیرممکن است. به‌طورکلی برای پلیمرهایی که طی آزمون خمش شکسته شوند، بیشینه استحکام کششی در سطح پایینی آزمونه (که برای استحکام خمشی هست)، با استفاده از نیرویی که باعث شکسته شدن آزمونه شود، محاسبه می‌گردد. همچنین برای نمونه‌هایی که به‌آسانی تحت نیروهای خمشی نمی‌شکنند، استحکام خمشی هنگامی‌که لایه بیرونی آزمونه به میزان 5% کرنش پیدا کند، گزارش می‌شود.
کمیت‌های مهم در این آزمون، فاصله تکیه‌گاه‌ها، سرعت بارگذاری و بیشینه تغییر شکل خمشی (تغییر مکان وسط آزمونه نسبت به حالت افقی) می‌باشند. این کمیت‌ها طبق استاندارهای مختلف و بر مبنای ضخامت آزمونه محاسبه می‌گردند.
خواص خمشی پلاستیک‌ها با دو روش عمده تعیین می‌شود: روش سه‌نقطه‌ای و چهار نقطه‌ای. درروش چهار نقطه‌ای، آزمونه بر روی دو تکیه‌گاه قرارگرفته و اعمال نیرو بر آن در دونقطه از بالای آن انجام می‌شود. این روش برای موادی که در طول آزمون، خمیدگی‌های زیادی را تحمل می‌کنند و به‌راحتی نمی‌شکنند، مفید است. سرعت اعمال کرنش به سطح زیرین آزمونه که تحت کشش است در خمش چهار نقطه‌ای mm/mm/min1 هست.
درروش سه‌نقطه‌ای که روش آزمون حاضر به آن می‌پردازد، آزمونه بر روی دو تکیه‌گاه قرارگرفته و نیرو از بالا به وسط آن اعمال می‌گردد. این روش به‌طور خاص برای موادی که در خمیدگی‌های نسبتاً پایین می‌شکنند طراحی‌شده است و در اندازه‌گیری خواص خمشی برای کنترل کیفیت به کار می‌رود. سرعت کرنش درروش خمش سه‌نقطه‌ای بسته به نوع نمونه mm/mm/min01/0 و یا mm/mm/min1/0 هست.
آزمون باید حداقل بر روی 5 آزمونه که قبلاً تحت خمش قرار نگرفته باشند، انجام شود. برای نمونه‌هایی که خواص آن‌ها در جهات مختلف، متفاوت هست، باید 5 نمونه در هر جهت مورد آزمون قرار بگیرد.
معمولاً از همان دستگاه عمومی که برای آزمون کشش استفاده می‌شود، در آزمون خمش نیز می‌توان استفاده کرد، فقط در اینجا به‌جای گریپ‌های مورداستفاده در آزمون کشش از فک‌های مربوط به آزمون خمش استفاده می‌شود. تکیه‌گاه روی فک ثابت پایینی از میله‌های استوانه‌ای شکل به قطر حداقل یک‌هشتم اینچ تشکیل‌شده‌اند. پس از قرار دادن آزمونه روی دو تکیه‌گاه و با شروع آزمون، فک بالایی دستگاه با سرعت ثابتی به سمت پایین حرکت کرده و آزمونه را تحت خمش قرار می‌دهد. آزمون با شکستن آزمونه و یا رسیدن کرنش در سطح خارجی آزمونه به mm/mm05/0 خاتمه می‌یابد.