بررسي تأثير گونه‌هاي مختلف پلي اتيلن به عنوان حامل مستربچ كربن سياه بر پديده‌ي رشد آهسته‌ي ترك پلي اتيلن سنگين (گونه‌ي لوله)

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي پليمر

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش، تركيب‌هاي پلي اتيلن سياه با استفاده از پلي اتيلن سنگين با توزيع وزن مولكولي دوقله‌‌اي به عنوان زمينه و مستربچ كربن سياه تهيه گرديد. براي اين منظور گونه‌هاي مختلف پلي اتيلن به عنوان حامل مستربچ به كمك يك دستگاه اكسترودر آزمايشگاهي آميزه‌سازي شده است. مشاهده شده است كه حضور مستربچ كربن سياه علارغم تأثير مثبت بر مقاومت لوله در برابر اشعه‌ي فرابنفش خورشيد، مي‌تواند بر مقاومت لوله در برابر ترك خوردگي محيطي به خصوص مقاومت در برابر پديده‌ي رشد آهسته‌ي ترك تأثير منفي بگذارد. در مقابل حامل مستربچ مي‌تواند تأثير منفي بر مقاومت لوله در برابر پديده‌ي رشد آهسته‌ي ترك را كاهش داده و تا حدودي به حداقل برساند. با درنظرگرفتن اين موضوع، در اين پژوهش از پلي‌اتيلن سنگين، پلي‌اتيلن سبك و پلي‌اتيلن سبك خطي به عنوان حامل مستربچ استفاده شده است. نتايج بدست آمده از آزمون‌هاي مكانيكي نشان داد كه پلي‌اتيلن سبك خطي گزينه‌ي مناسبي براي استفاده به عنوان حامل مستربچ نمي‌باشد. زيرا تركيب سياه حاوي اين رزين در آزمون كشش اصلاً رفتار سخت‌شوندگي كرنش نشان نداد. لازم به ذكر است، كمترين مدول ( 34/7مگاپاسكال) در آزمون سخت‌شوندگي كرنش و كمترين طول عمر ( 3117ساعت) در آزمون بار ثابت نمونه‌ي شكاف دار مربوط به اين تركيب است. جرم مولكولي پايين زنجيره‌هاي اين رزين و عملكرد آنها به‌ عنوان نوعي روان‌كننده براي زنجيره‌ هاي بلند زمينه‌ي پلي‌اتيلن سنگين موجب افزايش سرعت ليفچه‌اي شدن اين زنجيره‌ها در اطراف نقص، تركچه و مسير رشد ترك شده است. متقابلاً، بيشترين مدول سخت شوندگي كرنش ( 44/7مگاپاسكال) و بيشترين طول عمر ( 3388ساعت) در آزمون بار ثابت نمونه ي شكافدار مربوط به تركيب حاوي حامل پلي اتيلن سبك است. همچنين، نرخ كشش طبيعي كه از آزمون كشش بدست آمد به عنوان معياري جهت تعيين پيوندهاي بين لايه اي باقيمانده در تركيب قبل از شروع رفتار سخت شوندگي كرنش معرفي شده است. اين مقدار ارتباط معكوسي با مقاومت در برابر رشد آهستهي ترك دارد. بدينصورتكه كمترين مقدار نرخ كشش طبيعي مربوط به تركيب حاوي پلياتيلن سبك به عنوان حامل مستربچ كربن سياه با مقدار 3/41بوده است. در مقايسه با نمونه ي خالص پلي اتيلن دوقله اي، تركيبات سياه به دليل وجود ذرات كربن سياه، مقاومت كمتري در پديده ي رشد آهسته ترك از خود نشان داده اند. دليل اين مقاومت كم 1) ايفاي نقش ذرات كربن سياه به عنوان نقاط تمركز تنش و 2) جلوگيري از ورود زنجيره هاي بلند به درون بلورها و ايجاد مولكول هاي پيوندي است. درنهايت، به عنوان يك نتيجه كلي، مشاهده شد كه استفاده از پلي اتيلن سبك به عنوان حامل مستربچ كربن سياه، باعث افزايش مقاومت پلي اتيلن سنگين گونه ي لوله در برابر پديده ي رشد آهسته ي ترك خواهد شد. دليل اين مسئله، زنجيره هاي جانبي بلند پلي اتيلن سبك، نفوذ آنها به درون ساختارهاي بلورين رزين اصلي و درنتيجه حركت دشوارتر آنها در حين پديده ي رشد آهسته ي ترك مرتبط دانست كه منجر به مقاومت بيشتر اين تركيب در برابر اين پديدهي شكست رايج شده است.

227046

فراورش

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان