폴리머의 인장 시험

폴리머는 독특한 측면 체인이 있는 탄소 백본으로 구성됩니다. 탄소는 테트라헤드랄 본딩을 나타내므로 결합은 회전할 수 있으므로 직선, 꼬임, 꼬인 또는 구부러질 수 있는 체인이 발생합니다. 채권의 유연성은 이중 채권 및 교차 연결 채권의 수와 사이드 체인 그룹의 특성에 따라 결정됩니다. 더 많은 이중 및 교차 연결 채권은 회전을 제한합니다. 작은 사이드 체인 그룹은 더 많은 무료 회전을 허용하지만 부피가 큰 측면 그룹은 회전을 제한합니다.

다양한 유형의 폴리머구조의 차이를 알면 응용 프로그램 사용을 안내하는 데 도움이 됩니다. 열가소성 가소성체인은 연결되지 않지만 약한 반 데르 발스 세력에 의해 함께 유지되어 체인이 서로 미끄러지도록 합니다. 이 특성은 열가소성 플라스틱이 쉽게 변형 될 수 있게해 주며, 또한 재활용이 용이합니다. 반면, 열온계 플라스틱은 강한 공유 결합을 가지고 있으며 서로 연결되거나 서로 연결되어 있습니다. 이러한 특성으로 인해 온도 조절 플라스틱은 재활용하기가 어렵습니다. 일반적으로 재료는 파쇄되어 필러 재료로 재사용됩니다.

본딩 유형과 함께 특정 용도에 대한 폴리머를 선택할 때 고려해야 할 또 다른 특성은 결정화 정도입니다. 중합체는 비정질(비주문) 또는 결정성(잘 정렬)일 수 있지만, 일반적으로 반결정성 사이의 어딘가에 있다. 결정화의 정도는 냉각 속도, 사슬 구성 및 분자 화학에 따라 달라집니다. 결정화의 높은 정도는 더 높은 강도, 영의 계수 (E), 및 온도 저항귀착되는 경향이 있습니다. 한편, 중합의 정도를 결정하기 위해서는, 실제 응용 분야에서체인이 다양한 길이가 될 것이기 때문에 사슬에 대한 평균 분자량을 결정해야 한다. 중합의 정도, n, 단순히 단량의 분자량으로 나눈 사슬의 분자량이다. 중합체의 응력-변형 거동은 매우 가변적입니다. 열가소성 플라스틱은 연성과 부서지기 쉬운 동작을 모두 표시하며, 온도 집합은 부서지기 쉬운 동작만 을 나타내는 경향이 있습니다. 반면에, 탄성중합체는 종종 영의 변둘루가 낮고 비선형 동작을 표시합니다. 중합체의 특성은 변형, 시간 및 온도에 의존하기 때문에 후케안과 뉴턴 재료 사이의 어딘가에 놓여 있습니다. 후케안 재료 특성은 변형에 따라 다르며 뉴턴 재료 특성은 변형 속도에 따라 다릅니다. 인장 테스트에서 일부 폴리머는 인장력이 적용될 때 재료가 시편을 변형시키고 길게 할 수 있는 목을 겪게 됩니다. 다양한 폴리머 유형은 인장 테스트에서 늘어날 때 다양한 형태의 실패를 겪게 됩니다. 결과 고장은 체인 코일링, 크래킹 또는 결정블록분리일 수 있다.

온도는 또한 폴리머의 행동 방식에 중요한 역할을 합니다. T_M은 재료의 용융 온도이며, T_G는 유리 전이 온도이다. 주로 T > T_M의경우 재료는 액체와 유사하거나 점성입니다. 그러나 T < T_G의경우 재료는 유리가 있고 부서지기 쉽습니다. T ~ T_G의경우, 재료는 고무, T > T_G경우, 재료가 흐르고 더 연성. 그림 Y는 이 동작을 보여 줍니다.

1. 아크릴, 나일론, HPDE 및 PVC 중합체 재료의 전형적인 인장 표본을 가져옵니다.
2. 마이크로미터를 사용하여 각 시편의 샤프트를 따라 여러 위치에서 폭과 두께를 측정하여 평균 단면 치수를 결정합니다. 데이터 시트에 각 표본의 평균 측정 폭과 두께를 기록합니다.
3. 표본을 그립에 놓습니다. 각 끝의 80% 이상이 그립에 단단히 부착되어 있는지 확인하여 로딩 작업 중에 미끄러짐을 방지할 수 있습니다. 사포는 또한 샘플의 그립을 개선하기 위해 (샘플을 향한 모래 측)을 사용할 수 있습니다.
4. 그립 사이의 표본 의 길이를 측정합니다. 이 값은 게이지 길이이며 변형을 계산하는 데 사용됩니다.
5. 제조 업체의 사양에 따라 전자 extensometer를 시편에 단단히 부착하십시오. 참고: extensometer 블레이드는 표본의 게이지 마크에 정확하게 배치할 필요는 없지만 시편에 중심으로 해야 합니다.
6. 시편에 인장 부하를 적용하기 시작하고 컴퓨터 디스플레이에 적용된 부하의 실시간 판독값을 관찰한다. 측정된 하중이 증가하지 않으면 시편이 그립을 통해 미끄러지며 다시 부착해야 합니다. 이 경우 강사는 테스트를 중지하고 2단계에서 절차를 반복합니다.
7. 인장 부하를 천천히 적용하여 로딩 전체에서 컴퓨터로 생성된 부하 와 변위 그래프의 모양을 관찰합니다.
8. 시료 고장 전에 시편을 언로드하지 않고 테스트가 자동으로 일시 중지됩니다. 이 시점에서 extensometer를 제거합니다. 표본이 extensometer를 제자리에 놓으면 매우 비싼 장비 인 extensometer를 파괴할 것입니다.
9. 시편을 고장때까지 로드합니다. 최대 부하와 부하를 오류 시 기록합니다.
10. 기기에서 깨진 표본을 제거합니다. 골절의 위치와 특성을 관찰하고 문서화합니다.
11. 실패 영역의 각 시편의 폭과 두께를 측정하고 최종 측정값을 기록합니다.

이러한 물질에 대한 일반적인 고장은 도 1에서 도 4로 도시된다. 도 1은 폴리에틸렌에서 실패의 진행을 나타내며, 중합체인이 코일을 풀면서 시편을 위아래로 목의 초기 목및 후속 진행을 나타낸다. 고밀도 폴리에틸렌 재료는 천천히 적재하면 초기 길이의 몇 배까지 늘어서 수 있습니다(도 2). 반면 PVC는 유사한 실패 진행을 나타내지만 연성은 훨씬 낮습니다(도 3). 이 수치는 또한 변형 용량에 대한 변형 속도의 전형적인 영향을 보여줍니다. 속도가 빨라지고 연성이 낮아지고 강도가 약간 높아집니다. 대조적으로, 아크릴 표본은 기본적으로 비선형 변형없이 실패 (도 4).

그림 1: 짧은 HDPE 표본에서 목의 진행. B. 그립 근처 목의 클로즈업, 원래 표본에 비해 보여주는.

그림 2: HDPE에서 가능한 큰 변형은 천천히로드됩니다. 사진은 끝이 도화에 표시되는 전체 표본을 보여줍니다. 1B.

그림 3: 변형률 효과를 나타내는 PVC 표본의 실패.

그림 4: 아크릴 표본의 실패.

4개의 재료에 대한 응력-변형 곡선에 대한 결과는 도 5를 통해 도 8로 도시된다.

그림 5: HDPE에 대한 스트레스 변형 곡선.

그림 6: PVC에 대한 스트레스 변형 곡선.

그림 7: 나일론에 대한 스트레스 변형 곡선.

그림 8: 아크릴에 대한 스트레스 변형 곡선.

도 5부터 도 8까지 모두 수평 및 수직 스케일이 매우 다르다는 점에 유의해야 합니다. 이러한 실험에 대한 테스트 결과는 표 1과 2로 요약되고 도 9는 최대 50%의 변형률의 응력-변형 곡선의 비교를 나타낸다. 신장 백분율(표 2)의 차이는 눈에 띄며 중합체 물질의 기계적 거동 사이의 큰 차이를 보여줍니다. 강도 변화는 다소 작으며 HDPE만 훨씬 낮은 값을 보여줍니다. 이 동작은 아크릴용 탄성 취성에서부터 매우 연성 및 HDPE용 연화까지 다양합니다.

표 1: 원시 데이터 요약입니다.

그림 9: 테스트 된 모든 폴리머에 대해 최대 50 %의 변형인 응력 변형 곡선을 비교합니다.

표 2: 결과 요약입니다.

도 9는 여러 폴리머에 대한 하중 변형 특성의 큰 변화를 나타낸다. 이 동작은 아크릴 시편에 대한 순수하게 강하고 탄력적이며 부서지기 쉬운 것부터 HDPE를 위한 부드럽고 점도탄적이며 매우 연성입니다. 이는 열가소성 플라스틱(HDPE, 나일론 및 PVC)에 열주체(아크릴)의 극한 특성을 반영합니다. 건물과 가정에서 완성된 파이와 파이에 자주 사용되는 PVC는 강도, 점성 및 연성의 균형을 잘 보여줍니다.

토목 공학 응용 분야에서 폴리머는 일반적으로 코팅, 실란트, 접착제, 사이딩, 파이프, 파이프 파이프 라인, 지오 텍스타일, 지오 그리드, 지오 멤브레인, 내부 마무리, 수리, 복원 및 외부 구조 요소에 사용됩니다. 미국의 플라스틱 산업은 매우 크고, 2014년 동안 거의 100만 개의 일자리와 3,080억 달러의 산업 출하량을 차지하고 있습니다. 또한 목재, 고무, 면, 가죽 등 상업 분야뿐만 아니라 단백질, 효소 및 전분과 같은 생물학 분야에서 사용되는 천연 폴리머도 많이 있습니다. 외식 시 사용하는 Tupperware 및 테이크 아웃 식품 용기조차도 폴리머로 구성됩니다.