مقاله تاثیر سرعت بارگذاری بر ویژگی های خمشی ماده مرکب آرد چوب - پلی اتیلن سنگین

بخشی از مقاله

چکیده

در این پژوهش تاثیر سرعت بارگذاري بر مدول خمشی و مقاومت خمشی ماده مرکب آرد چوب-پلی اتیلن سنگین مورد مطالعه قرار گرفته است. آزمون خمش استاتیک سه نقطهاي در چهار سرعت بارگذاري 2/8، 7، 14 و - mm/min - 21 متناظر با نرخ کرنش 0/01، 0/02، 0/05 و - 1/min - 0/08 انجام گردید. تغییرات مدول خمشی با نرخ کرنش یا سرعت بارگذاري توسط یک رابطه رگرسیون خطی توصیف گردید.

نتایج نشان داد که مدول خمشی این ماده به شدت به سرعت بارگذاري بستگی دارد که این امر حاکی از ماهیت ویسکوالاستیک این مواد میباشد. بر اساس تجزیه و تحلیل آماري میتوان نتیجه گرفت وابستگی مدول الاستیسته به سرعت بارگذاري معنادار بوده است در حالیکه تاثیر سرعت بارگذاري بر مقاومت خمشی معنادار نبوده است.

.1  مقدمه:

مواد مرکب چوب پلاستیک WPCs - ١ - به عنوان ترموپلاستیکهاي تقویت شده با الیاف یا آرد چوب تعریف میشوند. در سال-هاي اخیر این مواد مرکب به صورت یکی از مصالح ساختمانی مورد توجه قرار گرفتهاند. افزودن الیاف لیگنوسلولزي به ماده زمینه پلیمري نه تنها باعث کاهش هزینههاي میشود بلکه مقاومت و سفتی این مواد را بهبود بخشیده و خواص دیگري مانند ثبات حرارتی، و مقاومت در برابر UV را نیز بهبود میبخشد. کارآیی و عملکرد این مواد مرکب به میزان تنش انتقال یافته از ماده زمینه به الیاف بستگی دارد که این امر را میتوان به با بهبود برهمکنش بین دو فاز ماده زمینه و الیاف و نیز افزایش طول الیاف بهبود بخشید

بارگذاري با سرعت بالا در بسیاري از کاربردهاي ساختمانی امري محتمل است. در نتیجه مطالعه چگونگی تغییرات خواص مکانیکی با سرعت بارگذاري در مبحث طراحی سازه اهمیت بالایی برخوردار است. افزایش سرعت بارگذاري منجر به افزایش سفتی این مواد میگردد زیرا زنجیرههاي پلیمري فرصت کافی براي جابه جا شدن ندارند. در بازههاي زمانی بسیار کوتاه، مولکول-ها زمان کافی براي جهت گیري مجدد ندارند تا در برابر بار وارد شده از طریق تغییر فواصل بین مولکولی واکنش نشان دهند بنابراین مدول ماده افزایش می یابد 

تاثیر سرعت بارگذاري و دما بر خواص کششی الاستومرها و پلیمرهاي آمورف به طور گستردهاي مورد مطالعه قرار گرفته است. به ویژه توسط Smith و همکاران که تغییرات مقاومت کششی و کرنش نهایی را به صورت تابعی از نرخ کرنش مورد مطالعه قرار دادند. آنها پیشنهاد کردند که به استثناي سرعت بارگذاري کم و دماهاي بالا که زنجیرهاي پلیمري از حرکت کامل برخوردارند، فرآیند شکست تحت تاثیر اثرات ویسکوالاستیک است

Davies و Magee تاثیر سرعت بارگذاري بر مقاومت کشش ماده مرکب الیاف شیشه-پلی استر را مورد مطالعه قرار دادند و گزارش کردند که افزایش سرعت بارگذاري تا %55 مقاومت کششی را افزایش میدهد

Rotem و Lifshitz تاثیر سرعت بارگذاري بر خواص کششی ماده مرکب الیاف شیشه-اپوکسی را مورد مطاله قرار دادند و دریافتند که مقاومت دینامیک سه برابر مقدار استاتیک است و مدول دینامیک 50 درصد بیشتر از مدول استاتیک است.

علی رغم مشاهدات بیشماري که در زمینه تاثیر سرعت بارگذاري بر ویژگیهاي مقاومتی طیف وسیعی از پلیمرها و مواد مرکب انجام شده است تا کنون مطالعه جدي در زمینه بررسی این اثر بر مواد مرکب چوب پلاستیک گزارش نشده است.

.2  مواد و روشها

براي ساخت این ماده مرکب از پلی اتیلن سنگین HDPE - ٢ - ، به میزان %30 وزنی به عنوان ماده زمینه پلیمري استفاده گردید.

پلی اتیلن مورد استفاده از نوع 3840 شرکت پتروشیمی تبریز با دانسیته cm3   0/935 g و شاخص جریان مذاب 3/8-4/5 گرم در 10 دقیقه بود. 1٪ وزنی اسید استئاریک به عنوان روانساز و 2٪ وزنی MAPE - مالئیک انیدرید پلی اتیلن - به عنوان سازگار کننده یا جفت کننده مورد استفاده قرار گرفت. اسید استئاریک مورد استفاده از نوع تجاري و MAPE از نوع ME0420 داراي دانسیته cm3   0/934 g و شاخص جریان مذاب 1/3 گرم در 10 دقیقه فراهم شد. آرد چوب نراد به عنوان فاز ناپیوسته - پرکننده یا تقویت کننده - ، به مقدار %67 وزنی با اندازه ذرات 60 مش تهیه گردید و به مدت 24 ساعت در دماي 103 درجه سانتیگراد خشک گردید.

.2-1 روش ساخت:

اختلاط مواد به صورت خشک و با یک اکسترودر دو ماردونه ناهمسوگرد - برنا پارس مهر، تهران، ایران - مجهز به قالب مستطیلی شکل به ابعاد 100×8 mm2 ، ماده مرکب مورد نظر تهیه گردید.

نمونههاي مورد نیاز براي آزمون خمش، مطابق با آئیننامهD790 استاندارد ASTM برش داده شدند .[1] ابعاد اسمی نمونهها 140 × 13 × 8 mm بوده است. طول دهانه 110 mm و نسبت طول دهانه به ضخامت، 16 به یک بوده است.

نمونههاي استاندارد جهت یکنواخت شدن رطوبت و متعادلسازي تنشهاي داخلی به مدت 14 روز در شرایط آزمایشگاهی نگهداري شدند، - رطوبت نسبی 50±5٪ و دماي23±2 درجه سانیگراد - تا به رطوبت تعادل محیط برسند - بر اساس استاندارد

.2-2 آزمون خمش سه نقطهاي:

آزمونهاي خمش سه نقطهاي در چهار سرعت بارگذاري 2/8، 7، 14 و mm/min 21، معادل با نرخ کرنش 0/01 1/min، 0/02، 0/05، 0/08 به وسیله دستگاه اینسترون مدل 4486 مجهز به سیستم جمع آوري کامپیوتري داده ها انجام شد. تعداد تکرار براي هر سرعت بارگذاري 9 نمونه بوده است.

.3-2 تحلیل آماري:

نتایج آزمون مقاومت خمشی در چهار سرعت بارگذاري در قالب طرحهاي کاملا تصادفی، جداگانه بررسی شده و از آزمون چند دامنهاي دانکن براي جداسازي میانگینها استفاده گردید. کلیه مقایسهها در سطح اعتماد %5 انجام شدهاند.

.4-2 نرمافزارهاي مورد استفاده:

رسم کلیه منحنیها و مناسبسازي آنها توسط نرمافزار Sigmaplot.2001 انجام شد. تجزیه و تحلیل آماري نیز توسط نرم افزار SPSS,V.11 تعیین گردید.

.3 نتیجه و بحث

شکل 1 منحنیهاي تنش-کرنش در محدوده سرعت بارگذاري 0/01 1/min تا 0/08 ، در دماي ثابت - 25 oC - را نشان میدهد.

همانطور که مشاهده میشود با افزایش سرعت بارگذاري مقاومت خمشی و شیب منحنیهاي تنش-کرنش افزایش یافته و منحنیهاي تنش–کرنش، در سطح تنش بالاتري تشکیل میگردد. تجزیه و تحلیل آماري نشان داد که با افزایش سرعت بارگذاري، مدول به میزان معناداري افزایش می یابد . - p<0.05 - اگرچه تحلیل آماري نشان داد که سرعت بارگذاري تاثیر معناداري بر مقاومت خمشی و انرژي شکست نداشته است.