آزمایش کشش نخ یا رووینگ الیاف آغشته به رزین، ویژگی‌های مکانیکی نخ‌های الیافی ترکیب شده با رزین را ارزیابی می‌کند. این تست، با قرار دادن نمونه‌های نخ یا رووینگ الیافی در معرض کشش کنترل شده، پارامترهایی مانند استحکام کششی و ازدیاد طول را اندازه گیری می‌کند. استفاده از رووینگ و نخ الیافی آغشته به رزین، در تولید انواع محصولات و کامپوزیت‌های FRP، به طور چشمگیری دیده می‌شود. این دقیقا جایی است که عملکرد مکانیکی نخ الیافی آغشته به رزین، برای ایجاد یکپارچگی ساختاری، بسیار ضروری است. درک رفتار رووینگ الیافی آغشته به رزین تحت تنش‌های کششی، به تولید محصولات FRP با مشخصات مکانیکی کنترل شده، کمک می‌کند.
تست کشش نخ آغشته به رزین
این استاندارد بین المللی یک روش آزمون برای تعیین مقاومت کششی، مدول الاستیسیته کششی و کشش در حداکثر بار یک نمونه نخ آغشته به رزین را مشخص می کند. این روش برای نخ های (نخ های پیوسته و الیاف اصلی) الیاف کربن به عنوان تقویت کننده در مواد کامپوزیت، قابل استفاده است.
مراجع الزامی
مدارک الزامی زیر حاوی مقرراتی است که در متن این استاندارد ملی ایران به آنها ارجاع داده شده است، بدین ترتیب آن مقررات جزئی از این استاندارد ملی ایران محسوب می شود. در صورتی که به مدرکی با ذکر تاریخ انتشار ارجاع شده باشد، اصلاحيه ها و تجدید نظرهای بعدی آن مورد نظر این استاندارد ملی ایران نیست. در مورد مدارکی که بدون ذکر تاریخ انتشار به آنها ارجاع داده شده است، همواره آخرین تجدید نظر و اصلاحیه های بعدی آنها مورد نظر است استفاده از مراجع زیر برای این استاندارد الزامی است.
- استاندارد ملی ایران شماره ۲۱۱۷، پلاستیک ها – شرایط محیطی استاندارد برای رسیدن به شرایط تثبیت و آزمون
- استاندارد ملی ایران شماره ۶۶۲۱ پلاستیک ها – تعیین خواصی کششی – روش آزمون
- استاندارد ملی ایران شماره ۷۶۷۴، نخ های تقویت کننده – تعيين چگالی خطی- روش آزمون
- استاندارد ملی ایران شماره ۷۴۴۳، الیاف کربن – اندازه گیری جرم مخصوص
- ISO 291 محیط استاندارد برای شرایط و آزمایش
- ISO 527-1 تعیین خصوصیات کششی
- ISO 1889 نخ های تقویت کننده – تعیین چگالی خطی
- ISO 10119 الیاف کربن – تعیین چگالی
- ISO 10548 فیبر کربن – تعیین میزان ابعاد
مساحت مقطع عرضی نخ از جنس الیاف کربن
جرم مخصوص خطی نخ تقسیم بر جرم مخصوص الیاف کربن می باشد.
(یادآوری این مساحت بر حسب میلی متر مربع (mm) بیان می شود.)
اصول تست
به منظور تهیه نمونه ها، نمونه های نخ به طور یکنواخت با رزین آغشته و پخت می شوند. نمونه ها در دستگاه آزمون مناسب تحت کشش با سرعت ثایت تا لحظه پارگی قرار می گیرند استحکام کششی، مدول الاستیسیته کششی و کرنش (ازدیاد طول) در حداکثر نیرو از رابطه بین نیرو – ازدیاد طول محاسبه می شود. مدول کششی از تقسیم تغییرات تنش به تغییرات کرنش متناسب بین دو نقطه معین تعیین می شود. برای نخ های کربنی، رابطه بین تنش و کرنش خطی نیست، بنابراین باید مدول وتری تعریف شود. در روش الف، مدول بین دو سطح از کرنش و در روش ب بین دو سطح از نیرو تعریف شده است. مقادیر دانسیته خطی و میزان آهار باید به طور جداگانه تعیین شوند.
(یاد آوری: دقت مقادیر بدست آمده برای هر دو روش الف و ب تقریبا مشابه یکدیگر می باشند. با این حال، به دلیل غیر خطی بودن منحنی تنش- کرنش الیاف کربن، مقادیر میانگین مدول بدست آمده از این دو روش تا حدودی متفاوت خواهد بود و از لحاظ آماری قابل مقایسه نمی باشد. روش به با سایر روش ها ممکن است در مشخصات فنی پا به منظور تضمین کیفیت طبق توافق بین فروشنده و خریدار به کار گرفته شود.)
وسایل و مواد
رزین
رزین آغشته سازی باید با نخ و آهار آن سازگار باشد. ویسکوزیته رزین با محلول رزین باید به گونه ای باشد که برداشت کافی رزین جهت اطمینان از آغشته شدن یکنواخت نخ حاصل شود. کرنش (ازدیاد طول ) تا حد پارگی در رزین پخته شده درز، باید حداقل ۲ برابر (یا ترجیحا ۳ برابر) کرنش الیاف باشد. بدین منظور سیستم های پخت گرمایی رزین اپوکسی با ویسکوزیته ترجیحا کمتر از ۱۰۰۰ مگاپاسکال ثانيه (5 MPa) در حین آغشته سازی مناسب هستند، همچنین هر گونه فرمولاسیونی که توانایی برآوردن نیازهای این استاندارد را داشته باشند مورد قبول است. با این حال، فرمولاسیون رزین باید با ذکر جزئیات آن و طبق توافق بین تولید کننده الیاف و مشتری باشد.
دستگاه آغشته سازی
آزمونه ها را می توان با هر روشی که نمونه ها را کاملا صاف و یکنواخت آغشته سازد، تهیه کرد. این روش ها شامل روش آماده سازی نمونه ها به صورت تکی و چندتایی می باشد. تجهیزات آغشته سازی چند نمونه ای ممکن است شامل قسمت های زیر باشد.
- نگهدارنده بوبین نخ با ابزار اعمال کشش به نخ
- حمام آغشته سازی، با ابزار کنترل دما و غلتک های آغشته سازی با میله های کشش نخ
- واحد جداکننده رزین اضافی از روی نخ آغشته شده از طریق عبور نخ از روی غلتک های روکش شده با پارچه، کاغذ با نمد و با عبور نخ از میان قاب (درون روزنه)
- قاب برای پیچش نخ آغشته شده، ترجیحا از جنس چوب یا فلز روکش شده با لاستیک
خشک‌کن برای پخت با قابلیت کنترل دما
خشک کن مجهز به سیستم گردش هوا برای اطمینان از پخت یکنواخت رزین ترجیح داده می‌شود.
دستگاه مقاومت‌سنج
از دستگاه مقاومت‌سنج با سرعت ثابت مجهز به ابزار ثیت نیرو و ازدیادطول استفاده کنید. دقت نمایشگر نیرو باید بیش از 1 درصد مقدار ثبت شده باشد. گیره‌های نمونه باید به گونه‌ای باشد که آزمونه در راستای محور دستگاه قرار گیرد.
دستگاه مقاومت‌سنج باید شامل ابزار سنجش نیرو – ازدیاد طول متصل به ابزار ثبت مداوم که بتواند به طور خودکار ازدیاد طول را بر حسب طول سنج به عنوان تابعی از نیرو بر روی آزمونه ثبت کند. باشد. ابزار سنجش نیرو – ازدیاد طول باید به اندازه کافی سبک باشد تا تنش‌های جزئی به آزمونه وارد سازد.
طول سنجه ابزار سنجش نیرو – ازدیادطول باید حداقل ۵۰ میلیمتر و ترجیحا ۱۰۰ میلیمتر بوده و حد رواداری برای تنظیم آن باید 1± درصد باشد.
حد رواداری انحراف از خطی بودن ابزار سنجش نیرو – ازدیاد طول نباید بیشتر از ۰/۱ درصد دامنه مورد نیاز اندازه‌گیری ازدیادطول باشد.
ترازو
از ترازو با دقت ۰/۱ گرم برای توزین آزمونه‌ها برای تعیین جرم مخصوص خطی نخ آغشته شده استفاده کنید.
خط کش
از خط کش مدرج به طول ۵۰۰ میلیمتر و دقت 1± میلیمتر استفاده کنید.
آزمونه
تعداد آزمونه‌ها
آزمونه‌های کافی برای انجام چهار آزمون تهیه کنید. اگر هر کدام از آزمونه‌ها داخل گیره‌ها” يا در لبه‌ها، با به علت خرابی ابزار سنجش نیرو – ازدیاد طول مردود شود. نتایج آن را حذف کرده و آزمون را مجددا با آزمونه‌ای جدید تکرار کنید.
طول آزمونه ها
برای آزمونه های لبه دار، طول آزمونه ها بین لبه ها باید 5± 150 میلیمتر یا 5± 200 میلیمتر باشد.
در صورت بروز مشکل، برای آزمونه‌های لبه‌دار طول بین لبه‌ها باید 5±150 میلیمتر باشد.
آغشته‌سازی آزمونه‌ها
دستورالعمل استفاده از تجهیزات آغشته‌سازی به شرح زیر می‌باشد:
- بوبین نخ را بر روی نگهدارنده قرار دهید.
- مخلوط رزین آغشته‌سازی را در حمام رزین بریزید و دما و ویسکوزیته را بر طبق مقادیر مورد نظر تنظیم کنید.
- نخ را از درون حمام و واحد جداکننده رزین اضافی عبور دهید به طوری که از آغشته‌سازی کافی اطمینان حاصل کنید.
- میزان کشش را برای باز شدن نخ تنظیم کنید. این کشش باید به صلاحدید آزمایشگاه آزمون کننده تعیین شود.
- نخ آغشته‌شده را بر روی قاب بپیچانید.
- قاب را در خشک کن قرار دهید.
- رزین را بر طبق دستورالعمل سازنده پخت کنید.
- وقتی که رزین پخت شد. قاب را از خشک‌کن خارج کنید. بعد از جدا کردن نخ آغشته شده از روی قاب آزمونه‌ها را به تعداد کافی از روی نمونه برش دهید.
روش انجام آزمون کشش
- سرعت حر کت گیره بر روی فک دستگاه مقاومت سنج را تنظیم نمایید. حداکثر سرعت پیشنهادی ۲۵۰ میلیمتر بر دقیقه می‌باشد. حداکثر سرعت کاربردی ممکن است به دلیل سرعت نمونه گذاری و تجهیزات ثبات داده‌ها محدود شود.
- برای آزمونه‌های لبه‌دار، گیره‌ها را متناسب با نوع لبه مورد استفاده نصب کنید. فاصله بین گیره‌ها را طبق طول نمونه تنظیم کنید.
- برای آزمونه‌های بدون لبه، گیره‌های مجهز به سطوح صاف و ساخته شده از ورقه‌هایی با الاستیسیته متوسط و ضریب اصطکاکی بالا (همانند ورقه‌های لاستیکی سخت) را نصب کنید. صفحات می‌توانند روی فلز گیره‌ها با چسب مناسبی چسبانیده شوند. اگر آزمونه‌ها در حین آزمون از بین گیره‌ها لیز بحورند» راهکار مفید ابن به دلیل اينکه آزمونه‌ها بسیار شکننده می‌باشند. توصیه می‌شود که سامانه گیره با هوای فشرده فعال شود.
- آزمونه را بین گیره‌های دستگاه آزمون قرار دهید.
- ابزار سنجش نیرو – ازدیاد طول را با دقت روی آزمونه قرار دهید.
- ابزار ثبات داده‌ها را روشن کرده و نیرو را به آزمونه را تا زمان پاره شدن اعمال کنید.
- در صورتی که آزمونه در بین گیره‌ها یا لبه‌ها يا به دلیل خرابی ابزار سنجش نیرو – ازدیادطول مردود شود نتایج آن را حذف کرده و آزمون را مجددا با ازمونه‌ای جدید تکرار کنید.