تحليل كسور المواد البوليمرية
مقدمة أساسية
المواد البوليمرية هي نوع جديد من المواد الهيكلية ، والتي تستخدم على نطاق واسع بسبب خصائصها الكيميائية والفيزيائية الممتازة.قد يحدث التشقق أو الكسر بسبب التصميم أو الاستخدام غير المعقولووفقا لتصنيف آلية الكسر، يمكن تقسيم طريقة الكسر إلى العديد من الأنواع، والإرهاق الشقوق / الكسر ينتمي إلى واحد منهم.

تحليل الكسور للمواد البوليمرية هي واحدة من الطرق الهامة لتحليل فشل المواد البوليمرية.تحليل الكسور له أهمية كبيرة للبحث والتطوير للموادمن خلال تحليلها للعثور على المبدأ وفهم الآلية ، يمكن أن تحسن جودة المنتج ، وتحسين العملية أو تلعب دورًا في الحكم على المسؤولية.يشير الكسر إلى الظاهرة التي يتم فيها كسر المواد عشوائياً بالقوة الخارجية وفصلها إلى جزأين أو أكثرالسطح أو القطع العرضي بعد الكسر يسمى الكسر.يمكن دراسة طبيعة وأسباب فشل المواد البوليمريةتحليل الخصائص الشكلية للكسر هي واحدة من الأساليب الهامة للبحث في مواد البوليمر. تحت تأثير الحمل الخارجي،التكسير التدريجي للمواد البوليمرية يمر بثلاث مراحل: بداية الشق، التوسع المستقر والتوسع السريع.

تحليل كسور المواد البوليمرية

مبدأ الكسر
التشوهات البلاستيكية للمواد البوليمرية تسببها الهيكل الجزيئي العميقالتأثير المتبادل لتوسع التجاويف والسلطة البلاستيكية سيجعل عملية الكسر معقدةلا يمكن أن يحدث التشوه البلاستيكي الناجم عن الانزلاق في حبات البوليمر البسيطة كما هو الحال في حبات المعادن.
تصنيف الكسور
يتم تقسيم كسر المواد البوليمرية إلى كسر هش وكسر ضالي. ترتبط الكسر دائماً بمرونة المادة في جوهرها.تشوه العينة قبل الكسر هو موحد، مما يتسبب في شق العينة لتخترق بسرعة الطائرة عموديا على اتجاه التوتر. بشكل عام يكون الكسر الهش ناجم عن عنصر الإجهاد الشد من الإجهاد المطبق ،والكسر الصلب يسبب من قبل عنصر ضغط القطع.
طريقة التحليل
1. الملاحظة الكبيرة

استخدم العين المجردة أو عدسة مكبرة للمراقبة عند تكبير منخفض. بشكل عام ، لا يمكن إجراء سوى المراقبة ، ولا يمكن التقاط الصور. عادة ما يتم وصف المعلومات الملاحظة بكلمات.تضخيمها أقل من 50 مرة، عادة حوالي 10 مرات ، والتي يمكن استخدامها لمراقبة خشونة سطح الكسر ، وخصائص بداية الشقوق والتوسع ومنطقة الكسر النهائية ،ولتحديد اتجاه الشق، موقع مصدر الشق ، نوع الحمل ومستواه ، الخ عادة ما تستخدم هذه الطريقة لجمع المعلومات لمزيد من المراقبة بالمجهر البصري.ملاحظة التكبير المنخفض تتطلب فقط أن تكون سطح الكسر نظيفة وخالية من التلوث.

2مراقبة بالمجهر البصري
المجهر البصري الأكثر استخداما هو المجهر النمطي. عندما يكون من الضروري زيادة تكبير ومراقبة بعض التفاصيل المميزة على الكسر الكلي،يمكن استخدام المجهر البصري لتكبير وملاحظة مباشرةبالإضافة إلى ذلك، يستخدم المحللون عادةً المجهر البصري ذو الضخامة المنخفضة لتصوير الكسر بأكمله للحصول على معلومات أكثر شمولاً وتفصيلاً عن الكسر،كما أنها توفر معلومات أساسية للملاحظة المجهرية التالية.

3مراقبة بالمجهر الإلكتروني
المجهر الإلكتروني المسح البصري هو طريقة للمراقبة المجهرية. يمكن أن تصل الضخامة إلى الآلاف أو حتى عشرات الآلاف من المرات.عادة ما يستخدم جنبا إلى جنب مع طيف الطاقة التشتت (EDS)في تحليل الكسور ، له استخدامان أساسياً: مراقبة الشكل وتحليل مكونات المناطق الصغيرة.يجب رش سمك معين من المواد الموصلة مثل الذهب والبلاتين على الكسر قبل مراقبة المسحبالإضافة إلى ذلك، من أجل منع الحروق على سطح الكسر، تحتاج إلى التحكم في فولتاج المراقبة، عموما 5-15Kv مناسبة.عندما ينفذ طيف الطاقة التشتت تحليل المكونات، يمكن استخدام ثلاثة أشكال من المسح النقطي، والمسح الحديدي ومسح السطح. يمكن أن يستند الاختيار المحدد إلى الاحتياجات الفعلية.

مراقبة المجهر الإلكتروني المسح

(مايكروسكوب إلكتروني مسح/SEM)

أساليب الملاحظة الثلاثة أعلاه في علاقة تدريجية من حيث العملية، أولاً تكبير منخفض ثم تكبير كبير، أولاً الكبيرة ثم المجهرية.تقنيات التحليل المذكورة أعلاه تستخدم عادةبالإضافة إلى تقنيات التحليل هذه ، يمكن استخدام المجهر المعدني ، ومجهر الإلكترونات الإرسالي ، إلخ للمراقبة. يستند الاختيار المحدد أيضًا إلى الاحتياجات الفعلية.

تشكيل الكسور
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، تحليل الفشل والبحوث وتطوير مواد جديدة. يتم تقسيمها بشكل عام إلى منطقة المرآة ، والشكل الشعبي ، وخط الشريط القوس ، ومنطقة تبييض الإجهاد.
(1) مساحة المرآة
تتشكل منطقة المرآة من خلال امتداد وقطع الشقوق على طول واحد أو عدد قليل من خطوط الفضة.نمو خطوط الفضة يعتمد على عملية تحويل اتجاه سلسلة البوليمر على الحدود من الملفوفات العشوائية إلى وسط الشريط الفضيإن سرعة التحميل الأصغر ودرجة حرارة الاختبار الأعلى تجعل وقت نمو الشريط الفضي أكثر كفاية.
(2) تشكيل الشكل الشبيه بالأضلاع
تتكون المورفولوجية الشبيهة بالأضلاع من خطوط خشنة وشركات ناعمة متناوبة ، مع الشريط الخام في الأمام والشرطة الناعمة في الخلف. يتكون الشريط الخام من العديد من المستويات الصغيرة غير المتساوية ،والخطوط الفضية يمكن ملاحظتها عادة على الشريط الناعم.
(3) خطوط على شكل قوس
الخطوط على شكل قوس هي الخصائص المورفولوجية التي تتركها امتداد الشقوق ووقف الشقوق وإعادة تشغيل الشقوق عند كسر مادة البوليمر.انخفاض درجة حرارة الاختبار وزيادة معدل الحمل غالبا ما يؤدي إلى انخفاض في مسافة خطوط على شكل قوس على المقطع العرضي للمادة البوليمرية.
(4) منطقة تبييض الإجهاد
منطقة تبييض الإجهاد هي منطقة التشوه البلاستيكي للمادة البوليمرية.انها نتيجة لطبقة الفضة أو تسليم القطع من المواد البوليمرية تحت تأثير القوة الخارجية. وغالباً ما يكون مظهر سطح الكسر المحيطي هو مظهر الألياف ، والحفر الصغيرة والأنماط البارابولية.