رفتار خستگی پلیمر های مهندسی

نوع مقاله : تالیفی

نویسندگان

1 استاد / پژوهشگاه پلیمر و پتروشیمی ایران

2 دانشگاه امیرکبیر واحد ماهشهر

3 دانشگاه امیرکبیر- واحد ماهشهر

4 دانشگاه امیرکبیر-واحد ماهشهر

چکیده

در این مقاله، به تعریف­ های بنیادی رفتار خستگی مواد پلیمری و افزون بر این در باره خستگی گرمایی پلیمرها پرداخته شده که ناشی از خاصیت گرانروکشسانی آن­هاست. همچنین، خستگی مکانیکی پلیمرها از جنبه­ های مختلف و سازوکار سه ­مرحله­ ای شروع، انتشار و وادادگی آن بحث و بررسی شده است. منحنی­ های دامنه تنش بر حسب تعداد چرخه­ ها تا وادادگی خستگی، که از راه ­های پیش­بینی رفتار خستگی پلیمرها بوده ارائه شده است. براساس این منحنی­ ها، طول عمر و مقاومت خستگی اندازه­ گیری می­شوند. آزمون­ هایی که برای پیش­بینی رفتار خستگی پلیمرها انجام می­ شوند، بر مبنای روابط نظری هستند. براساس قانون پاریس نمودار نرخ رشد ترک خستگی بر حسب ضریب شدت تنش رسم می­شود که در پیش­بینی رفتار خستگی مواد نقش بسیار موثری دارد. عوامل زیادی بر رفتار خستگی پلیمرها می­ توانند اثرگذار باشند که شامل متغیرهای مختلف تجربی و ساختاری مانند دما، هندسه، جهت­گیری، وزن مولکولی، شبکه­ ای­ شدن، وجود تقویت ­کننده و عوامل محیطی مانند حلال و رطوبت است. با توجه به کاربردهای حساس پلیمرهای مهندسی مانند پلی­ کربنات (PC)، پلی­ اکسی متیلن (POM)، پلی­ متیل­ متاکریلات (PMMA)، پلی­ آمید (PA)، پلی­ فنیلن اکسید (PPO) و پلی­ تترافلوئورواتیلن (PTFE)، رفتار خستگی از اهمیت زیادی برخوردار است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Fatigue Behavior of Engineering Polymers

نویسندگان [English]

  • ismaeil ghasemi 1
  • sattar hasanpour 2
  • mohsen nazarian 3
  • keyhan barkheh 3
  • ali talebi 4
1 Professor / Polymer Engineering Plastic Department of Iran Polymer & petrochemical Institute
2 amirkabir university-Mahshahr
3 amirkabir university
4 amirkabir university
چکیده [English]

In this paper, the basic definitions of the fatigue behavior of polymeric materials and
the thermal fatigue of polymers, which is due to their viscoelastic properties, are
discussed. Also, the mechanical fatigue of polymers from different aspects and the three
stages mechanism include initiation, propagation and fracture have been discussed. Stress
amplitude against number of cycles to fatigue failure curves are presented, which is one
of the ways to predict the fatigue behavior of polymers. Based on these curves, lifetime
and fatigue resistance are measured. The tests performed to predict the fatigue behavior of
polymers are based on theoretical relationships. According to Paris law, the growth rate of
fatigue cracks is plotted in terms of stress intensity factor, which has a very effective role
in predicting the fatigue behavior of materials. Many factors can affect the fatigue behavior
of polymers, including various experimental and structural variables such as temperature,
geometry, orientation, molecular weight, crosslinking, the presence of reinforcements,
and environmental factors such as solvent and moisture. Due to the sensitive applications
of engineering polymers such as polycarbonate (PC), polyoxymethylene (POM),
polymethyl methacrylate (PMMA), polyamide (PA), polyphenylene oxide (PPO), and
polytetrafluoroethylene (PTFE), fatigue behavior is very important.

کلیدواژه‌ها [English]

  • fatigue behavior
  • engineering polymers
  • fatigue resistance
  • lifetime
  • failure mechanism

مراجع

1. Platt D.K., Engineering and High Performance Plastics Market Report, Rapra Technology, UK, 9-187, 2003.
2. Properties and Behavior of Polymers, John Wiley and Sons, New York, 411-464, 2012.
3. Dao K.C. and Dicken D.J., Fatigue Failure Mechanisms in Polymers, Polym. Eng. Sci., 27, 271-276, 1973.
4. Chandran K.R., Mechanical Fatigue of Polymers: A New Approach to Characterize the S-N Behavior on the Basis of
Macroscopic Crack Growth Mechanism, Polymer, 91, 222- 238, 2016.
5. Hughes J.M., Lugo M., Bouvard J.L., Bouvard J.L., McIntyre T., and Horstemeyer M.F., Cyclic Behavior and Modeling
of Small Fatigue Cracks of a Polycarbonate Polymer, Int. J. Fatigue, 99, 78-86, 2017.
6. Mackay M., Teng T.G., and Schultz J.M., Craze Roles in the Fatigue of Polycarbonate, J. Mater. Sci., 14, 221-227, 1979.
7. Timmaraju M.V., Gnanamoorthy R., and Kannan K., Effect of Environment on Flexural Fatigue Behavior of Polyamide 66/
Hectorite Nanocomposites, Int. J. Fatigue, 33, 541–548, 2011.
8. Timmaraju M.V., Gnanamoorthy R., and Kannan K., Effect of Initial Imbibed Moisture Content on Flexural Fatigue Behavior
of Polyamide 66/Hectorite Nanocomposites at LaboratoryCondition, J. Mater. Sci. Eng., 528, 2960–2966, 2011.
9. Jia N. and Kagan V., Effects of Time and Temperature on the Tension-Tension Fatigue Behavior of Short Fiber Reinforced
Polyamides, Compos. Polym., 19, 408-414, 1998.
10. Pruitt L. and Rondinone D., The Effect of Specimen Thickness and Stress Ratio on the Fatigue Behavior of Polycarbonate,
Polym. Eng. Sci., 36, 1300-1305, 1996.
11. Kim G.H. and Lu H., Accelerated Fatigue Life Testing of Polycarbonate at Low Frequency Under Isothermal Condition,
Polym. Test., 27, 114–121, 2008.
12. Mckeen L.W., Fatigue and Tribological Properties of Plastics and Elastomers, William Andrew, UK, 3rd ed., 1-26, 2016.
13. Sauer J. and Richardson G., Fatigue of Polymers, Int. J. Fract., 16, 499-532, 1980.
14. Schultz J., Fatigue Behavior of Engineering Polymers, Treatise Mater. Sci. Technol., 10, 599-636, 2016.
15. Crawford R. and Benham P., Some Fatigue Characteristics of Thermoplastics, Polymer, 16, 908-914, 1975.
16. Rabinowitz S. and Beardmore P., Cyclic Deformation and Fracture of Polymers, J. Mater. Sci., 9, 81-99, 1974.
17. Kallratha J., Altstadt V., Johannes P.S., and Bock H.G., Analysis of Fatigue Crack Growth Behaviour in Polymers and
Their Composites Based on Ordinary Differential Equations Parameter Estimation, Polym. Test., 18, 11–35, 1999.
18. Esmaeillou B., Ferreira P., Bellenger V., and Tcharkhtchi A., Fatigue Behavior of Polyamide 66/Glass Fiber Under Various
Kinds of Applied Load, Polym. Compos., 33, 540-547, 2012.
19. Pruitt L., Sreekanth P.R., and Badgayan N., Fatigue of Polymers, Mater. Sci. Mater. Eng., 19, 101-118, 2017.
20. Paris P. and Erdogan F., A Critical Analysis of Crack Propagation Laws, J. Basic. Eng., 85, 528-533, 1963.
21. Hertzberg R.W., Manson J.A., and Skibo M., Frequency Sensitivity of Fatigue Processes in Polymeric Solids, Polym.
Eng. Sci., 15, 252-260, 1975.
22. Skibo M.D., Hertzberg R.W., Manson J.A., and Kim S.L., On the Generality of Discontinuous Fatigue Crack Growth in
Glassy Polymers, J. Mater. Sci., 12, 531-542, 1977.
23. Landel R.F. and Nielsen L.E., Mechanical Properties of Polymers and Composites, CRC, Florida, 2nd ed., 1-370,
1993.
24. Zhou Y. and Mallick P.K., Fatigue Performance of an Injection-Molded Short E-Glass Fiber-Reinforced Polyamide
6,6. I. Effects of Orientation, Holes, and Weld Line, Polym. Compoos., 27, 230-237, 2006.
25. Altstädt V., Götz C., and Fabris F.W., Fatigue Behavior of Polymer Nanocomposites, 18TH International Conference on
Composite Materials, Jeju Island, Korea, 21-26 August, 2011.
26. Mai Y.W., Fatigue Crack Propagation of PMMA in Organic Solvents, J. Mater. Sci., 9, 1896–1898, 1974.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار