ارتباط مدول در ناحیه آرایش یافتگی پلی اتیلن و رشد ترک آهسته در لوله های پلی اتیلنی

یکی از عوامل مهم نقیصه در لوله های پلی اتیلنی رشد آهسته ترک ( Slow Crack Growth, SCG) است. رشد آهسته ترک به عوامل مختلفی و از جمله به تنش تسلیم و گره خوردگی زنجیره های پلی اتیلنی در ناحیه بی نظم بستگی دارد.ارتباط مدول در ناحیه آرایش یافتگی پلی اتیلن و رشد ترک آهسته در لوله های پلی اتیلنی

از طرفی اندازه گیری مدول پلی اتیلن در ناحیه آرایش یافته ( پس از تسلیم)، معروف به Strain hardening modulus معیاری از اندازه گیری گره خوردگی ها است.

شکل زیر سطح مقطع لوله ای را نشان می دهد که در اثر رشد آهسته ترک دچار نقص شده است.

SCG در تنش هایی کمتر از تنش تسلیم نمونه رخ می دهد.

از جمله دیگر روش های ارزیابی مقاومت در برابر رشد آهسته ترک می توان به روش های زیر اشاره نمود:

- Internal Water Pressure ( Stress Rupture) test
- Notched Pipe test (NPT)
- Cone test
- Pennsilvania Notch test (PENT)
- Full Notch Creep test (FNCT)

مزیت روش تعیین مدول در ناحیه آرایش یافتگی در برابر سایر روش های ذکر شده این است که این روش سریعتر و ساده تر است و همچنین پراکندگی داده ها در این روش کمتر بوده و امکان مقایسه های بین آزمایشگاهی راحت تر است.
برای این منظور ابتدا نمونه دمبل کشش تهیه می شود و با استفاده از دستگاه کشش نمودار تنش – کرنش نمونه ثبت می شود.

این آزمون در دمای 80 درجه سانتی گراد و با سرعت کشش 20 mm/min انجام می شود.

شکل زیر نمونه های انجام آزمون و دستگاه کشش مربوطه را نشان می دهد.

مقصود از ناحیه آرایش یافته که اندازه گیری مدول در این ناحیه انجام می شود، منطقه 3 در نمودار زیر است:

پس از ثبت نمودار تنش – کرنش بایستی مقادیر تنش و کرنش اصلاح شده محاسبه نمودار آن ها رسم شود.
اگر λ نسبت کشش باشد که در حقیقت نسبت طول نهایی به طول اولیه نمونه است:

در این صورت تنش اصلاح شده برابر خواهد بود:

که F نیروی وارده بر نمونه حین کشش و A سطح مقطع نمونه است.
نسبت کشش نیز به صورت جمله زیر اصلاح و در محور افقی نمودار نهایی قرار می گیرد.

NHSM مخفف عبارت Neo- Hookean Strain Measure است.

شکل زیر نمونه ای منحنی نهایی برای محاسبه را نشان می دهد.

اگر Gp شیب منحنی نمودار بالا در ناحیه نسبت کشش 8 تا 12 باشد، در اینصورت مدول در ناحیه آرایش یافته (<Gp>) 20 برابر مقدار Gp خواهد بود.

مقادیر بیشتر مدول در ناحیه آرایش یافته نشان دهنده مقاومت بیشتر در برابر رشد ترک آهسته است.
نمودار زیر برای گریدهای مختلف پلی اتیلن ارتباط مدول در ناحیه آرایش یافتگی و زمان نقصان بدست آمده از روش آزمون PENT را نشان می دهد.