تنش پسماند در لوله های پلی اتیلن

 

 

 

 

مقاله ای از کامران عابدزاده

 

 سایت خبری پپنا (www.ppna.ir): در تهیه و تولید لوله پلی اتیلن با کیفیت، فرآیند تولید نقش تعیین کننده دارد. برخورداری از تجهیزات پیشرفته در کنار استفاده از مواد اولیه مرغوب، شرط لازم برای نیل به این خواسته است اما قطعاً  شرط کافی نیست. بسیاری از خواص فیزیکی و مکانیکی لوله پلی اتیلنی از فرآیند تولید تأثیر می پذیرند. بنابراین تحت کنترل داشتن پارامترهای مختلف از قبیل تناسب سرعت تولید و سایز محصول در حال تولید، پروفایل دمایی زون های حرارتی، دمای خنک کاری و ... بسیار حائز اهمیت می باشند. از جمله تأثیرات فرآیند تولید، میزان تنش پسماند در لوله تولید شده است. تنش پسماند که به نام تنش داخلی نیز نامیده می شود، در اغلب محصولات نهایی تولیدات پلاستیکی وجود دارد. در فرآیند تولید لوله های پلاستیکی می توان از دو نوع کلی تنش پسماند نام برد : 1- تنش پسماند طولی ( مکانیکی )    2- تنش پسماند شعاعی  ( حرارتی )

    در این نوشتار سعی شده تا به اختصار در خصوص علل پیدایش و طرق مختلف اندازه گیری تنش پسماند، توضیحاتی ارائه شود :

1- تنش پسماند طولی

       همانطور که از نام آن مشخص است، این تنش در امتداد محور طولی لوله به وجود می آید. تنش پسماند طولی موجود در لوله ها، نیرویی در جهت کاهش طول لوله به آن وارد می آورد. در هنگام تولید لوله، زمانی که مواد مذاب از دایهد اکسترودر خارج شده و توسط دستگاه کشنده به طرف جلو کشیده می شود، این تنش بوجود می آید. بدین صورت که حرکت به سمت جلو لوله در حال تولید، موجب ایجاد نیروی کششی در راستای محور طولی آن می گردد. بر اساس قانون سوم نیوتن، نیرویی برابر با این نیرو اما در خلاف جهت آن پدید می آید و این به معنی پدید آمدن نیرویی است که در راستای طول لوله و برای انقباض آن عمل می کند.  در زمانی که توده مذاب با عبور از تانک های خلاء و خنک کننده، به جامد شکل یافته تبدیل شده و در شرایطی که نیروی کششی اعمال شده توسط کشنده موجب حرکت لوله به جلو می شود، نیروی تراکمی در محصول باقی می ماند.

2- تنش پسماند شعاعی

       این نوع از تنش ناشی از عدم یکنواختی سرعت خنک کاری لایه های داخلی و خارجی لوله است و به نام تنش پسماند حرارتی نیز نامیده می شود. روش متداول خنک کاری، استفاده از تانک های دارای نازل پاشش آب و  از طریق سطح خارجی لوله انجام می گیرد. خنک کاری لوله تنها از سطح خارجی از یک سو و پایین بودن نسبی ضریب انتقال حرارت هدایتی پلی اتیلن از سوی دیگر، موجب به وجود آمدن ناهماهنگی سرعت خنک شدن در راستای شعاعی لوله می شود. این امر منجر به تشکیل نیروی انقباضی در راستای شعاع لوله  در جهت لایه های خارجی آن و تنش کششی در همین راستا اما در جهت سطوح داخلی لوله می گردد. به بیان دیگر، در لوله ای که تنش پسماند شعاعی دارد، لایه های خارجی تمایل به کشیده شدن به سمت یکدیگر دارند ( تنش تراکمی در طرف خنک شده )، در حالیکه لایه های داخلی تمایل به دور شدن از همدیگر را دارند( تنش کششی در سمت مخالف ).

برخی از روش های محاسبه میزان تنش پسماند به شرح زیر است :

1- برگشت شعاعی لوله

نمونه لوله به طول حدود cm 3 انتخاب شده و در راستای طول آزمونه برش داده می شود. در صورت وجود تنش پسماند کششی در سطح داخلی نمونه، آزمونه تمایل به کاهش قطر از خود نشان می دهد. اندازه گیری حداکثر میزان تغییرات قطر آزمونه طی زمان معین، بیانگر میزان این نوع تنش پسماند است.

2- برگشت طولی لوله

با حرارت دادن مجدد لوله تولید شده تا دمای پایین تر از نقطه مذاب طی زمان مشخص، تنش طولی باقی مانده در لوله می تواند عکس العمل نشان دهد. آزاد شدن این نیرو ( تنش پسماند ) موجب انقباض لوله در راستای طولی می گردد. این آزمون که به عنوان یکی از آزمون های نوعی (type test) بر روی لوله های پلی اتیلنی صورت می گیرد، در جهت مشخص نمودن همین امر است. بالا بودن میزان برگشت طولی به معنی وجود مقدار زیاد تنش در لوله است.

3- لایه برداری از نمونه

در این روش از یکی از سطوح داخلی و یا خارجی، اقدام به برداشتن قسمتی از ضخامت لوله می شود. میزان نیروی مورد نیاز در برش بر مبنای ضخامت هر لایه، اندازه گیری شده و این مقدار به عنوان مبنای تنش پسماند در نظر گرفته می شود.

4- سوراخ کاری نمونه

این روش شامل ایجاد حفره بر روی نمونه و اندازه گیری نیروی سطح در هنگام ایجاد آن است.( بر اساس استاندارد ASTM E837 )

وجود تنش های پسماند در لوله ها می تواند تأثیر نامناسبی بر طول عمر مفید آن ها داشته باشد. یکی از مصادیق افت خواص لوله،  کاهش مقاومت در برابر تنش های محیطی است. باید دقت داشت که تنش های پسماند بطور ذاتی در لوله های پلاستیکی و در حین تولید، رخ می دهد. البته مقدار تنش و میزان توزیع آن در بین لایه های لوله، بستگی به فرآیند تولید دارد که می توان با در نظر گرفتن نقطه بهینه میزان خنک کاری و سرعت تولید، همچنین رعایت فاصله مناسب تانک های خنک کاری و ... این نوع تنش را به حداقل رساند.

منابع :

1- Experimental study of stress cracking in high density PE pipe, Drexel university  , jingyu zhang

2- www.NEXORPIPE.com

 

دیدگاه‌ها  

0 #1 لیوان کاغذی 1395-09-06 15:48
خیلی ممنون از مطلب خوبتون جالب بود

نوشتن دیدگاه


تصویر امنیتی
تصویر امنیتی جدید

Go to top