بخشی از مقاله
چکیده
عایقهاي الکتریکی در واقع ازPVC ، نرم کننده، روان کننده، پایدارکننده و سایر مواد تهیه شده اند که بر حسب نوع و مقدار آنها میتوانند براي اهداف مختلف با خواص متفاوت تولید شوند. PVC داراي مقاومت کشش خوبی است. با استفاده از دستگاه Texture Analyzer تنش و کرنش کامپوزیت PVC اندازه گیري می شود و سپس خواص مکانیکی تعیین می گردد. اثر ضخامتهاي متفاوت بر روي خواص مکانیکی کامپوزیت PVC بررسی می گردد.
مقدمه
بطور کلی یک جدار نازك از ماده قبل از متلاشی شدن، تنش متوسط بالاتري نسبت به جدار ضخیم تر تحمل میکند. وقتی یک میدان الکتریکی روي مادهي الکتریکی اعمال میشود، منجر به جابجایی بارهاي پیوندي میشود. بنابراین در یک مقدار معینی از شدت میدان الکتریکی، جابجایی براي بیرون انداختن الکترونها از اتمهایشان به دلیل جابجا شدگی دائمی در ساختار مولکولی مقدار بزرگی است. سپس ماده هادي میشود و یک شکست دي الکتریک اتفاق میافتد. در نتیجه میتوان مقاومت دي الکتریک را به این صورت تعریف کرد: ماکزیمم شدت میدان الکتریکی که یک مادهي دي الکتریک میتواند بدون تفکیک شدن مقاومت کند .
مکانیسم شکست دي الکتریک با ضخامت مادهي دي الکتریک ارتباط دارد، براي فیلمهاينسبتاً ضخیم، شکست دي الکتریک با جذر - ریشهي دوم - مدولهاي یانگ متناسب است. مطالعات اخیر روي مواد داراي ضریب دي الکتریک پائین مختلف نشان میدهد که بیشتر خواص حرارتی، الکترو مکانیکی، نوري، ساختار فیلم- هاي پلیمري، به ضخامت فیلم وابسته میباشند.
مقاومت دي الکتریک همیشه یک فاکتور مهم و اساسی در عایق است. با اینحال، هیچ تحقیقی روي وابستگی ضخامت و مقاومت الکتریکی مواد داراي ثابت گذردهی پائین گزارش نشده است. در فیلمهاي ضخیم تر ، نظم کریستالی بیشتر میتواند منجر به یک مقاومت دي الکتریک موضعی ضعیف شود .[2] بطوریکه افزایش ضخامت عایق منجر به کاهش مقاومت دي الکتریک میشود، با اینحال این رابطه خطی نیست .[3] در این کار کامپوزیت هاي پلی وینیل کلراید - PVC - تهیه شدند و ثابت دي الکتریک و خواص مکانیکی نمونهها اندازهگیري شد و ملاحظه گردید که کامپوزیتهاي PVC می توانند بعنوان عایقهاي الکتریکی فرموله شوند.
روشهاي تجربی
الف - دو نمونه کامپوزیتهاي PVC با فرمولاسیون مندرج در جدول 1 مطابق روش زیر تهیه شدند. که نمونه 1 با سه ضخامت متفاوت و نمونه 2 با دو ضخامت متفاوت تهیه گردیدند.
روش تهیه نمونهها: در ابتدا پودر PVC و پلاستی سایزر دي اکتیل فتالات - DOP - در نسبت هاي مشخص شده در جدول 1 با مقدار مناسبی از حلال تترا هیدرو فوران - THF - توسط همزن مغناطیسی بمدت 5 ساعت مخلوط شدند تا اینکه یک مخلوط شفاف شیري رنگ حاصل شد سپس حلال پرانی صورت گرفت و مخلوط داخل قالب مناسبی ریخته شد و در دماي محیط خشک شد و براي انجام تستهاي مکانیکی بشرح زیر آماده گردید.
ب - براي بررسی خواص مکانیکی کامپوزیتهاي PVC تهیه شده،
نمونهها در ابعاد معینی بریده شدند. نمونههاي برش داده شده در میان دو پروب گیرهاي شکل دستگاه Texture Analyzer با مشخصات مندرج در جدول 2 قرار داده شدند. طول اولیه - L0 - تمامی نمونهها مساوي و برابر با 9 میلی متر بود. نمونهها با سرعت میان رشتهای ۷۷2 0/5 میلی متر در ثانیه با اعمال نیروي 5 نیوتنی کشیده شدند وقتی طول آنها به 13 میلی متر رسید اعمال نیرو روي نمونهها حذف شد. منحنی نیرو بر حسب مقدار تغییرات طول - ∆l - در شکل 1 براي نمونه 1-1 ترسیم شده است. نتایج تست در جدول 3 گزارش شده است.
جدولها ، شکلها و روابط ریاضی
جدول .1 فرمولاسیون نمونه ها
جدول.2 مشخصات پارامترهاي دستگاه Texture Analyzer
جدول .3 نتایج تست تنش- کرنش
جدول.4 مقادیر شکست دي الکتریک نمونه ها
شکل.1 دیاگرام نیرو برحسب تغییرات طول نمونه1 - 1
نتایج و بررسی
الف - پیش زمینهاي از خواص مکانیکی کامپوزیتها: تنش بصورت نیرو بر واحد سطح مطرح میشود و واحد آن پاسکال - N/m2 - میباشد. بطور کلی تنش میتواند به دو گروه تنش نرمال و برشی طبقه بندي شود که تفاوت این دو تنش وابسته به فضایی است که نیرو در آن عمل می شود. تنش نرمال بصورت نیروي عمل کنندهي عمود بر صفحه، بر واحد سطح تعریف میشود. فشار مثال مناسبی براي تنش نرمال است. تنش نرمال، بسته به اینکه تنش منجر به کشش یا متراکم شدن ماده شود، میتواند از نوع کششی یا فشرشی میان رشتهای باشد و مطابق رابطه - 1 - بیان می شود.
در تنش برشی، تنش بصورت موازي بر سطح عمل میکند. کرنش برشی عبارت است از نسبت مقدار تغییر در اندازه یا شکل ماده به اندازه یا شکل اصلی، وقتی یک نیرو بر آن اعمال میگردد. کرنش نیز میتواند در دو گروه کرنش نرمال و برشی طبقه بندي شود. کرنش نرمال عبارت است از تغییر در طول نسبت به طول اولیه در شرایط اعمال تنش نرمال بصور ت مستقیم و مطابق رابطه - 2 - تعریف می شود.
کرنش برشی بصورت تغییر در زاویه تشکیل شده بین دو صفحه که اورتوگونال هستند در طی تغییر شکل که در نتیجه عملکرد تنش است و مطابق رابطه - 3 - بیان می شود. وقتی یک تنش بر یک جامد الاستیک خالص اعمال میشود تغییر شکل محدود بوده و در ادامه بعد از آن که تنش برداشته میشود به موقعیت اصلی خود باز میگردد. موادي که از خود رفتار الاستیک نشان میدهند، تحت عنوان "جامد هوکین" شناخته میشوند. براي یک جامد هوکین اترژي لازم براي تغییر شکل بصورت یک انرژي پتانسیل قابل بازیافت در ماده ذخیره میشود. دانسیته انرژي در یک کرنش معلوم، فضاي زیر منحنی Loading در منحنی تنش- کرنش است. نسبت تنش- کرنش تحت عنوان مدولها شناخته شده است.
مدول یانگ یا مدول الاستیسیته - E - عبارت است از نسبت تنش نرمال به کرنش نرمال و مطابق رابطه - 4 - بیان می شود .
ب - بررسی نتایج: مطابق نتایج مندرج در جدول 3، نمونهي 1 با سه ضخامت متفاوت داراي مدول هاي الاستیسیته و در نتیجه خواص فیزیکی متفاوتی است. آزمایشات نشان می دهند که با افزایش ضخامت نمونهها ، مدولهاي الاستیسیته - یانگ - کاهش مییابد در حالی که انرژي لازم جهت تغییر شکل نمونهها افزایش مییابد که این انرژي مساحت زیر منحنی نیرو- تغییر شکل می باشد و بر حسب ژول بیان میشود. نتایج فوق در مورد نمونهي 2 نیز صدق میکند.
بنابراین میتوان نتیجه گرفت که با افزایش ضخامت ، درجهي سختی/ سفتی کامپوزیتهاي PVC کاهش مییابد؛ انرژي لازم براي تغییر شکل نمونهها نیز افزایش مییابد زیرا وقتی کامپوزیتهاي پلی وینیل کلراید تحت فشارهاي مکانیکی قرار میگیرند
