آزمون مقاومت پارگی لاستیک

مقاومت پارگی (Tear Resistance) یکی از مهم ترین خواص مکانیکی محصولات لاستیکی است که توانایی ماده را در مقاومت در برابر رشد و گسترش ترک، بریدگی یا شکاف های موضعی نشان می دهد. در بسیاری از کاربردهای صنعتی، قطعات لاستیکی تحت تنش های دینامیکی، سایش، خم شدگی و کشش مداوم قرار می گیرند. در چنین شرایطی وجود یک بریدگی کوچک می تواند به سرعت گسترش یافته و منجر به شکست کامل قطعه شود.

به همین دلیل، اندازه گیری مقاومت پارگی یکی از آزمون های کلیدی در کنترل کیفیت، توسعه فرمولاسیون و انتخاب مواد اولیه در صنعت لاستیک محسوب می شود.

هدف آزمون استاندارد ASTM D624

این استاندارد، روشی استاندارد برای تعیین مقاومت پارگی لاستیک های ولکانیزه و الاستومرهای ترموپلاستیک ارائه می دهد. هدف این آزمون اندازه گیری نیروی لازم برای ادامه رشد یک پارگی از پیش ایجاد شده در نمونه است.

روش اندازه گیری مقاومت پارگی

در این آزمون یک نمونه استاندارد که دارای شیار یا ناحیه تمرکز تنش مشخصی است در دستگاه کشش قرار می گیرد. با اعمال نیروی کششی، پارگی از محل طراحی شده آغاز شده و گسترش می یابد.

حداکثر نیروی لازم برای ادامه این پارگی اندازه گیری شده و به عنوان مقاومت پارگی گزارش می گردد.

انواع نمونه های استاندارد ASTM D624

• Type A: نمونه زاویه دار است و اصطلاحا Angle Test Piece نامیده می شود و دارای کاربرد عمومی در بسیاری از آزمایشگاه های لاستیک می باشد.
• Type B: نمونه دارای شیار مرکزی است و برای برخی از ترکیبات با مقاومت بالا استفاده می شود.
• Type C: پرکاربردترین نمونه صنعتی می باشد و دارای ناحیه متمرکز کننده تنش است و نتایج حاصل از آزمون با این نمونه نسبت به سایر انواع دیگر تکرار پذیر تر است.
• Type T: نمونه هلالی است و برای مواد نرم و الاستومرهای خاص به کار می رود.

تجهیزات مورد نیاز آزمون مقاومت پارگی

• دستگاه یونیورسال آزمون (UTM)

• کنترل سرعت کشش
• ثبت نیروی لحظه ای
• ثبت نیروی ماکزیمم

• فک های نگهدارنده

• جلوگیری از لغزش نمونه
• توزیع یکنواخت نیرو

• قالب برش استاندارد

• جهت تولید دقیق نمونه ها مطابق با استاندارد ASTM D624

• ضخامت سنج

• دقت حداقل ۰.۰۱ mm

آماده سازی نمونه

نمونه های مورد آزمون جهت آزمون مقاومت پارگی باید بر اساس Die انتخابی(Die C) دقیقا مطابق با استاندارد پانچ شوند.

نمونه ها باید ضخامت ۲-۶ mm داشته و سطوح برش خورده کاملا صاف باشد. در گزارش باید میانگین ضخامت واقعی نوشته شود.

نمونه ها باید یکنواخت باشند و تغییر ضخامت در طول ناحیه گیج (Gauge section) بیش تر از ۰.۰۵ mm نباشد.

در نمونه Die C، ضخامت در ناحیه باریک (Gauge area) اهمیت دارد، چون همان بخش تحت تنش قرار می گیرد.

ضخامت در سه نقطه روی ناحیه باریک اندازه گیری شود. نزدیک به ابتدای ناچ چپ، وسط ناحیه باریک و نزدیک به ابتدای ناچ راست. میانگین این سه عدد به عنوان ضخامت گزارش شده استفاده می شود.

اگر اختلاف زیادی (بیش از ۰.۰۵-۰.۱ mm) بین نقاط وجود داشته باشد، نمونه مردود است.

روش انجام آزمون مقاومت پارگی

1. ضخامت نمونه اندازه گیری می شود.
2. نمونه در فک های دستگاه قرار می گیرد.
3. سرعت کشش مطابق استاندارد تنظیم می شود.
4. حداکثر نیروی ثبت شده استخراج می شود.

محاسبه مقاومت پارگی و پارامترهای محاسباتی

• تنش Stress)) یا مقاومت پارگی (Tear Resistance)

$$\sigma\ (Tear\ Resistance) = \frac{Fmax}{t}$$

در فرمول تنش F نیرو بر حسب نیوتن و t ضخامت نمونه بر حسب mm² می باشد.

تنش معیاری از شدت نیروی وارد بر ضخامت نمونه است و واحد آن KN/m یا N/mm می باشد.

تنش در این جا معادل مقاومت پارگی است.

• نوع شکست (Failure Type)

نوع I: پارگی مستقیم از ناحیه ناچ

نوع II : پارگی منحرف یا خارج از ناچ

نوع III : پارگی نامنظم

آزمون را برای تمام نمونه ها (حد اقل ۵ تکرار) انجام دهید.

عوامل موثر بر مقاومت پارگی

• نوع الاستومر

• دانسیته اتصالات عرضی

افزایش بیش از حد دانسیته شبکه می تواند مقاومت پارگی را کاهش دهد.

• نوع سیستم پخت

سیستم های پخت گوگردی معمولا مقاومت پارگی بالاتری نسبت به سیستم های پخت پراکسیدی ایجاد می کنند.

• نوع دوده

دوده های تقویت کننده مانند N220, N330, N550 مقاومت پارگی را بهبود می دهند.

• جهت گیری زنجیره ها

آرایش و جهت گیری مولکولی در هنگام فرآیند می تواند بر مقاومت پارگی اثرگذار باشد.

ارتباط مقاومت پارگی با مقاومت کششی

دو کامپاند ممکن است مقاومت کششی یکسانی داشته باشند اما مقاومت پارگی کاملا متفاوتی نشان دهند. به همین دلیل آزمون پارگی نمی تواند توسط آزمون کشش جایگزین شود و هر دو آزمون بایستی به صورت مستقل ارزیابی شوند.

محدودیت های آزمون مقاومت پارگی

• نتایج به نوع نمونه وابسته است.
• نتایج به ضخامت نمونه حساس هستند.
• شرایط محیطی می تواند بر نتایج اثر بگذارد.
• مقادیر به دست آمده لزوما برابر شرایط سرویس واقعی نیستند.

سوالات متداول

• مقاومت پارگی دقیقا چیست؟

مقاومت پارگی، توانایی یک ماده لاستیکی برای مقاومت در برابر رشد ترک یا شکاف تحت تنش است. این خاصیت نشان می دهد ماده تا چه حد در برابر گسترش آسیب موضعی پایدار است.

• تفاوت مقاومت پارگی با استحکام کششی چیست؟

استحکام کششی مربوط به حداکثر تنشی است که ماده قبل از گسیختگی تحمل می کند، اما مقاومت پارگی مربوط به مقاومت در برابر رشد و گسترش یک بریدگی یا ترک موجود است. این دو پارامتر کاملا مستقل نیستند، اما یکسان هم نمی باشند.

• کدام پلیمرها مقاومت پارگی بالاتری دارند؟

الاستومرهایی با کریستالیزاسیون ناشی از کشش مانند NR معمولا مقاومت پارگی بالایی دارند. در مقابل، برخی گریدهای SBR یا EPDM بدون اصلاح ساختاری ممکن است مقاومت پارگی پایین تری نشان دهند.

• نقش فیلرها در مقاومت پارگی چیست؟

فیلرهایی مانند دوده می توانند با تقویت شبکه پلیمری، مقاومت پارگی را افزایش دهند. اما چنانچه توزیع فیلر ضعیف باشد یا میزان آن در فرمول بیش از حد باشد، می تواند باعث تمرکز تنش و کاهش مقاومت پارگی شود.

• آیا افزایش سختی (Hardness) همیشه باعث افزایش مقاومت پارگی می شود؟

خیر، افزایش سختی ممکن است در برخی موارد مقاومت پارگی را افزایش دهد، اما اگر ماده بیش از حد سفت شود، قابلیت اتلاف انرژی کاهش یافته و ترک راحت تر رشد می کند.

• چه عواملی باعث کاهش مقاومت پارگی در قطعات لاستیکی می شوند؟

• اختلاط نامناسب (Poor Dispersion)
• وجود حباب یا air trap
• پخت ناقص یا over cure
• وجود نقص های سطحی یا داخلی
• انتخاب نامناسب سیستم پخت

• آیا دمای کاری بر روی مقاومت پارگی تاثیر دارد؟

بله، در دماهای پایین، لاستیک ها شکننده تر می شوند و مقاومت پارگی کاهش می یابد. در دماهای بالا نیز افت خواص مکانیکی ممکن است باعث کاهش مقاومت پارگی شود.

• چگونه می توان مقاومت پارگی را در فرمولاسیون بهینه کرد؟

با انتخاب صحیح پلیمر پایه، استفاده بهینه از دوده فعال، کنترل سیستم ولکانیزاسیون، بهبود اختلاط و جلوگیری از defects می توان مقاومت پارگی را به شکل قابل توجهی افزایش داد.