სიახლეები

01 ზემოქმედების შესრულების არსი

ბევრ ადამიანს, როგორც კი გაიგებს სიტყვას „დარტყმის წინააღმდეგობა“, მაშინვე წარმოუდგენია „სიმტკიცე“. მაგრამ რა არის სინამდვილეში სიმტკიცე? მარტივად რომ ვთქვათ, ეს არის მასალის მიერ ენერგიის ეფექტურად გაფანტვის უნარი დარტყმის დროს.

თუ ენერგიის შეუფერხებლად გაფანტვა შესაძლებელია, მასალა „მყარია“; თუ ენერგია ერთ წერტილშია კონცენტრირებული, ის „მსხვრევადია“.

მაშ, როგორ აფრქვევენ პოლიმერები ენერგიას? ძირითადად სამი გზით:

• ჯაჭვის სეგმენტის მოძრაობა: როდესაც გარე ძალა მოქმედებს, მოლეკულური ჯაჭვები ენერგიას ფანტავენ შიდა ბრუნვის, მოხრისა და სრიალის გზით. მოლეკულურ ჯაჭვებს შეუძლიათ „თავიდან აარიდონ თავი“, მოხრა და სრიალი;

• მიკროარეალის დეფორმაცია: რეზინის მსგავსად, რეზინის ნაწილაკები იწვევენ ბზარებს მატრიცაში, შთანთქავენ დარტყმის ენერგიას. შიდა ფაზის სტრუქტურას შეუძლია დეფორმაცია და შემდეგ აღდგენა; 

• ბზარის გადახრისა და ენერგიის შთანთქმის მექანიზმები: მასალის შიდა სტრუქტურა (მაგალითად, ფაზური ინტერფეისები და შემავსებლები) ბზარის გავრცელების გზას დაკლაკნილს ხდის, რაც აფერხებს მის მოტეხილობას. უფრო მარტივად რომ ვთქვათ, ბზარი სწორი ხაზით არ მიედინება, არამედ იშლება, გადახრილი და პასიურად ნეიტრალიზდება შიდა სტრუქტურის მიერ.

ხედავთ, დარტყმის სიმტკიცე სინამდვილეში არ არის „მსხვრევასთან გამკლავების ძალა“, არამედ „ენერგიის გადამისამართებით გაფანტვის უნარი“.

ეს ასევე ხსნის გავრცელებულ ფენომენს: ზოგიერთ მასალას აქვს წარმოუდგენლად მაღალი დაჭიმვის სიმტკიცე და ადვილად იმსხვრევა დარტყმის დროს; მაგალითად, საინჟინრო პლასტმასები, როგორიცაა PS, PMMA და PLA.

სხვა მასალებს, მიუხედავად იმისა, რომ საშუალო სიმტკიცის აქვთ, შეუძლიათ დარტყმისადმი ტოლერანტობა. მიზეზი ის არის, რომ პირველებს არსად აქვთ „ენერგიის გაფანტვის საშუალება“, ხოლო მეორეებს - „ენერგიის გაფანტვის“. მაგალითებია პოლიეთილენის ფურცლები და ღეროები,PPდა ABS მასალები.

მიკროსკოპული პერსპექტივიდან, როდესაც გარე ძალა მყისიერად მოქმედებს, სისტემა განიცდის უკიდურესად მაღალ დაძაბულობის სიჩქარეს, იმდენად მოკლე, რომ მოლეკულებსაც კი არ შეუძლიათ დროულად „რეაგირება“.

ამ ეტაპზე, ლითონები ენერგიას სრიალის გზით აფანტავენ, კერამიკა ენერგიას ბზარების მეშვეობით გამოყოფს, ხოლო პოლიმერები დარტყმას შთანთქავენ ჯაჭვის სეგმენტის მოძრაობის, დინამიური წყალბადური ბმების გაწყვეტის და კრისტალური და ამორფული რეგიონების კოორდინირებული დეფორმაციის გზით.

თუ მოლეკულურ ჯაჭვებს საკმარისი მობილურობა აქვთ, რათა შეცვალონ თავიანთი პოზიცია და დროთა განმავლობაში გადალაგდნენ, ენერგიის ეფექტურად გადანაწილებით, მაშინ დარტყმითი შესრულება კარგია. პირიქით, თუ სისტემა ძალიან ხისტია — ჯაჭვის სეგმენტის მოძრაობა შეზღუდულია, კრისტალურობა ძალიან მაღალია და მინის გადასვლის ტემპერატურა ძალიან მაღალია — როდესაც გარე ძალა მოქმედებს, მთელი ენერგია ერთ წერტილზე კონცენტრირდება და ბზარი პირდაპირ ვრცელდება.

ამრიგად, დარტყმითი მაჩვენებლის არსი არა „სიმტკიცე“ ან „სიმტკიცეა“, არამედ მასალის უნარი, ძალიან მოკლე დროში გადაანაწილოს და გაფანტოს ენერგია.

 

02. Notched vs. Unnotched: არა ერთი ტესტი, არამედ ორი წარუმატებლობის მექანიზმი

„დარტყმის ძალას“, რომელზეც ჩვეულებრივ ვსაუბრობთ, სინამდვილეში ორი ტიპი აქვს: 

• დარტყმის გარეშე დარტყმა: იკვლევს მასალის „ენერგიის საერთო გაფრქვევის უნარს“; 

• დაკბილული დარტყმა: იკვლევს „ბზარის წვერის წინააღმდეგობას“.

არანაჭდევიანი დარტყმა ზომავს მასალის საერთო უნარს, შთანთქოს და გაფანტოს დარტყმის ენერგია. ის ზომავს, შეუძლია თუ არა მასალას ენერგიის შთანთქმა მოლეკულური ჯაჭვის სრიალის, კრისტალური დეფორმაციის და რეზინის ფაზის დეფორმაციის გზით ძალის ზემოქმედების მომენტიდან მსხვრევამდე. ამიტომ, მაღალი არანაჭდევიანი დარტყმის ქულა ხშირად მიუთითებს მოქნილ, თავსებად სისტემაზე კარგი ენერგიის დისპერსიით.

დაკბილული დარტყმითი ტესტირება ზომავს მასალის წინააღმდეგობას ბზარის გავრცელების მიმართ სტრესის კონცენტრაციის პირობებში. შეგიძლიათ ეს წარმოიდგინოთ, როგორც „სისტემის ტოლერანტობა ბზარის გავრცელების მიმართ“. თუ მოლეკულათშორისი ურთიერთქმედებები ძლიერია და ჯაჭვის სეგმენტები სწრაფად შეიძლება გადალაგდეს, ბზარის გავრცელება „შენელდება“ ან „პასივირდება“.

ამგვარად, მაღალი დაკბილული დარტყმისადმი მდგრადობის მქონე მასალებს ხშირად აქვთ ძლიერი ზედაპირული ურთიერთქმედებები ან ენერგიის გაფანტვის მექანიზმები, როგორიცაა წყალბადური ბმები პოლიკარბონატში ეთერულ ბმებს შორის ან ზედაპირული რღვევა და დანაკეცება რეზინის გამყარების სისტემებში. 

სწორედ ამიტომ, ზოგიერთი მასალა (მაგალითად, PP, PA, ABS და PC) კარგად ახერხებს დარტყმის ტესტირების ჩატარებას დაკბილვის გარეშე, თუმცა ავლენს დაკბილვისადმი მდგრადობის მნიშვნელოვან შემცირებას, რაც მიუთითებს, რომ მათი მიკროსკოპული ენერგიის გაფრქვევის მექანიზმები ვერ ფუნქციონირებს ეფექტურად სტრესის კონცენტრაციის პირობებში.

 

03 რატომ არის ზოგიერთი მასალა დარტყმაგამძლე?

ამის გასაგებად, მოლეკულურ დონეზე უნდა განვიხილოთ. პოლიმერული მასალის დარტყმისადმი მდგრადობა სამი ფუნდამენტური ფაქტორით არის განპირობებული:

1. ჯაჭვის სეგმენტებს აქვთ თავისუფლების ხარისხები:

მაგალითად, PE-ში (UHMWPE, მაღალი სიმკვრივის პოლიეთილენის (HDPE), TPU-სა და გარკვეული მოქნილი PC-ების შემთხვევაში, ჯაჭვის სეგმენტებს შეუძლიათ ენერგიის გაფანტვა დარტყმის ქვეშ კონფორმაციული ცვლილებების გზით. ეს არსებითად გამომდინარეობს ენერგიის შთანთქმიდან მოლეკულაშიდა მოძრაობებით, როგორიცაა ქიმიური ბმების გაჭიმვა, მოხრა და დახვევა.

2. ფაზურ სტრუქტურას აქვს ბუფერული მექანიზმი: ისეთი სისტემები, როგორიცაა HIPS, ABS და PA/EPDM, შეიცავს რბილ ფაზებს ან ინტერფეისებს. დარტყმის დროს, ინტერფეისები ჯერ შთანთქავენ ენერგიას, იშლება და შემდეგ ხელახლა კომბინირდება.კრივის ხელთათმანების მსგავსად, ხელთათმანები არ ზრდის ძალას, მაგრამ ახანგრძლივებს დატვირთვის დროს და ამცირებს პიკურ დაძაბულობას. 

3. მოლეკულათშორისი „წებოვნება“: ზოგიერთი სისტემა შეიცავს წყალბადურ ბმებს, π–π ურთიერთქმედებებს და დიპოლური ურთიერთქმედებებიც კი. ეს სუსტი ურთიერთქმედებები „სწირავენ“ თავს დარტყმის დროს ენერგიის შთანთქმისთვის და შემდეგ ნელ-ნელა აღდგება.

ამიტომ, აღმოაჩენთ, რომ პოლარული ჯგუფების მქონე ზოგიერთი პოლიმერი (მაგალითად, PA და PC) დარტყმის შემდეგ მნიშვნელოვან სითბოს გამოყოფს — ეს ელექტრონებისა და მოლეკულების მიერ წარმოქმნილი „ხახუნის სითბოს“ დამსახურებაა. 

მარტივად რომ ვთქვათ, დარტყმაგამძლე მასალების საერთო მახასიათებელი ის არის, რომ ისინი საკმარისად სწრაფად ანაწილებენ ენერგიას და ერთბაშად არ იშლება.

 

მიღმაUHMWPE-ს დაHDPE ფურცელიs წარმოადგენს საინჟინრო პლასტმასის პროდუქტებს, რომლებსაც აქვთ შესანიშნავი დარტყმაგამძლეობა. სამთომომპოვებელი დანადგარებისა და საინჟინრო ტრანსპორტის ინდუსტრიებში პირველადი მასალის სახით, მათ ჩაანაცვლეს ნახშირბადოვანი ფოლადი და გახდნენ სასურველი არჩევანი სატვირთო მანქანებისა და ნახშირის ბუნკერების საფარისთვის. 

მათი უკიდურესად ძლიერი დარტყმისადმი მდგრადობა იცავს მათ მყარი მასალების, მაგალითად, ქვანახშირის, დარტყმებისგან, რითაც იცავს სატრანსპორტო აღჭურვილობას. ეს ამცირებს აღჭურვილობის შეცვლის ციკლებს, რითაც აუმჯობესებს წარმოების ეფექტურობას და უზრუნველყოფს მუშაკთა უსაფრთხოებას.