تجزیه و تحلیل شکستگی مواد پلیمر
مقدمه اساسی
مواد پلیمر یک نوع جدید از مواد ساختاری است که به دلیل خواص شیمیایی و فیزیکی عالی آن به طور گسترده ای استفاده می شود.ممکن است به دلیل طراحی یا استفاده غیرمنطقی ترک یا شکستن رخ دهد.بر اساس طبقه بندی مکانیسم شکستگی، حالت شکستگی آن را می توان به انواع زیادی تقسیم کرد و شکستگی خستگی به یکی از آنها تعلق دارد.

تجزیه و تحلیل شکستگی مواد پلیمر یکی از روش های مهم برای تجزیه و تحلیل شکست مواد پلیمر است.تجزیه و تحلیل شکستگی برای تحقیق و توسعه مواد بسیار مهم استبا تجزیه و تحلیل آن برای پیدا کردن اصل و درک مکانیسم، می تواند کیفیت محصول را بهبود بخشد، فرآیند را بهبود بخشد یا در قضاوت مسئولیت نقش داشته باشد.شکستگی به پدیده ای اشاره دارد که مواد به صورت تصادفی توسط نیروی خارجی شکسته می شوند و به دو یا چند قسمت جدا می شوندسطح یا برش متقاطع بعد از شکستگی شکستگی نامیده می شود. با تجزیه و تحلیل ویژگی های مورفولوژیک شکستگی،ماهیت و علت خرابی مواد پلیمر می تواند مورد مطالعه قرار گیردتجزیه و تحلیل ویژگی های مورفولوژیک شکستگی یکی از روش های مهم برای تحقیقات مواد پلیمر است.شکستن تدریجی مواد پلیمر از سه مرحله عبور می کند: شروع ترک، گسترش پایدار و گسترش سریع.

تجزیه و تحلیل شکستگی مواد پلیمر

اصل شکستگی
تغییر شکل پلاستیکی مواد پلیمر ناشی از ساختار مولکولی عمیق است.اثر متقابل گسترش حفره ها و فشار پلاستیکی روند شکستگی را پیچیده می کندتغییر شکل پلاستیکی ناشی از لغزش در دانه های پلیمر ساده نمی تواند مانند دانه های فلزی رخ دهد.
طبقه بندی شکستگی
شکستگی مواد پلیمر به شکستگی شکننده و شکستگی کششی تقسیم می شود. شکستگی همیشه با انعطاف پذیری ماده در ماهیت مرتبط است.تغییر شکل نمونه قبل از شکستگی یکسان است، که باعث می شود ترک نمونه به سرعت به هواپیما عمودی به جهت فشار نفوذ کند. به طور کلی شکستگی شکننده ناشی از جزء فشار کششی فشار اعمال شده است.و شکستگی کشنده به علت عنصر فشار برش است.
روش تحلیل
1. مشاهدات کلان

استفاده از چشم غیر مسلح یا یک لنز بزرگ برای مشاهده در بزرگنمایی کم. به طور کلی، فقط می توان مشاهده کرد و نمی توان عکس گرفت. اطلاعات مشاهده شده معمولاً به کلمات توصیف می شود.بزرگ شدنش کمتر از 50 برابر است، معمولاً حدود 10 برابر است که می تواند برای مشاهده خشکی سطح شکستگی ، ویژگی های شروع ترک ، گسترش و منطقه شکستگی نهایی استفاده شود ،و جهت شکاف را مشخص کند، محل منبع ترک، نوع بار و سطح، و غیره معمولا این روش برای جمع آوری اطلاعات برای مشاهده بیشتر میکروسکوپ نوری استفاده می شود.مشاهده بزرگنمایی کم فقط نیاز به تمیز بودن سطح شکستگی و بدون آلودگی دارد..

2مشاهده میکروسکوپ نوری
رایج ترین میکروسکوپ نوری یک میکروسکوپ استریو است. هنگامی که لازم است که جزئیات مشخصی را در شکستگی میکروسکوپی افزایش داده و مشاهده شود،می توان از میکروسکوپ نوری برای بزرگ کردن و مشاهده مستقیم استفاده کردعلاوه بر این، تحلیلگران معمولا از میکروسکوپ های نوری بزرگنمایی پایین برای گرفتن عکس از کل شکستگی استفاده می کنند تا اطلاعات جامع و دقیق تری از شکستگی بدست آورند.و همچنین اطلاعات اساسی را برای مشاهدات میکروسکوپی بعدی فراهم می کند.

3مشاهده با میکروسکوپ الکترونی اسکن
میکروسکوپ الکترونی اسکن یک روش مشاهده میکروسکوپی است. بزرگ شدن می تواند به هزاران یا حتی ده ها هزار برابر برسد.معمولاً با یک طیف سنج توان پراکنده (EDS) استفاده می شوددر تجزیه و تحلیل شکستگی، به طور عمده دو کاربرد دارد: مشاهده مورفولوژی و تجزیه و تحلیل اجزای میکرو منطقه.یک ضخامت خاص از مواد رسانا مانند طلا و پلاتین باید روی شکستگی قبل از مشاهده اسکن پاشیده شود.علاوه بر این، برای جلوگیری از سوختگی در سطح شکستگی، ولتاژ مشاهده باید کنترل شود، معمولا 5-15Kv مناسب است.هنگامی که طیف سنج پراکنده انرژی تجزیه و تحلیل اجزای را انجام می دهد، سه نوع اسکن نقطه ای، اسکن خطی و اسکن سطحی می تواند استفاده شود.

مشاهده با میکروسکوپ الکترونی اسکن

(میکروسکوپ الکترونی اسکن/SEM)

سه روش مشاهده فوق از نظر فرآیند، در رابطه ای پیشرفته هستند، ابتدا بزرگنمایی پایین و سپس بزرگنمایی بالا، ابتدا ماکروسکوپی و سپس میکروسکوپی.تکنیک های تجزیه و تحلیل فوق به طور معمول استفاده می شودعلاوه بر این تکنیک های تجزیه و تحلیل، میکروسکوپ های متالوگرافیک، میکروسکوپ های الکترونی انتقال و غیره نیز می توانند برای مشاهده استفاده شوند.

مورفولوژی شکستگی
The quantitative relationship between the characteristic parameters of the fracture surface morphology of materials and the mechanical properties of materials is widely used in the fields of material fracture research، تجزیه و تحلیل شکست و تحقیق و توسعه مواد جدید. این به طور کلی به منطقه آینه، مورفولوژی ریبدار، خط خطوط قوس و منطقه سفید شدن استرس تقسیم می شود.
(1) ناحیه آینه
منطقه آینه توسط گسترش و شکستن ترک ها در امتداد یک یا چند خط نقره ای شکل می گیرد.رشد خطوط نقره ای بستگی به فرآیند تحول جهت گیری زنجیره پلیمر در مرز از کویل های تصادفی به وسط خطوط نقره ای داردسرعت بارگذاری کوچکتر و دمای آزمایش بالاتر باعث می شود زمان رشد خط نقره بیشتر باشد.
(2) مورفولوژی شبیه دنده
مورفولوژی مانند دنده از نوارهای خشن و نوارهای صاف متناوب تشکیل شده است، با نوار خشن در جلو و نوار صاف در عقب؛ نوار خشن از بسیاری از هواپیماهای کوچک نابرابر تشکیل شده است،و خطوط نقره ای معمولا در نوار صاف مشاهده می شود.
(3) خطوط شکل قوس
خطوط شکل قوس، ویژگی های مورفولوژیکی باقی مانده از گسترش ترک، توقف ترک و شروع مجدد ترک زمانی است که مواد پلیمر شکسته می شوند.کاهش دمای آزمایش و افزایش سرعت بارگذاری اغلب منجر به کاهش فاصله خطوط شکل قوس در برش متقابل مواد پلیمر می شود.
(4) منطقه سفید شدن استرس
منطقه سفید شدن استرس منطقه تغییر شکل پلاستیکی ماده پلیمر است.این نتیجه از رنگ های نقره ای یا برش مواد پلیمر تحت اثر نیروی خارجی است.مورفولوژی سطح شکستگی محیطی آن اغلب مورفولوژی فیبر، میکرو-گودال و الگوهای پارابولیک است.