Uudised

01 Mõjuva tulemuslikkuse olemus

Paljud inimesed, kuuldes sõna "löögikindlus", mõtlevad kohe "sitkuskindlusele". Aga mis täpselt on sitkus? Lihtsamalt öeldes tähendab see, kas materjal suudab löögi korral energiat tõhusalt hajutada.

Kui energiat saab sujuvalt hajutada, on materjal "vastupidine"; kui energia on koondunud ühte punkti, on see "habras".

Kuidas polümeerid siis energiat hajutavad? Peamiselt kolme raja kaudu:

• Keti segmendi liikumine: Välise jõu mõjul hajutavad molekulaarahelad energiat sisemise pöörlemise, painutamise ja libisemise teel. Molekulaarahelad saavad "vältida", painutada ja libiseda;

• Mikropiirkonna deformatsioon: Nagu kummi puhulgi, tekitavad kummiosakesed maatriksis pragusid, neelates löögienergiat. Sisemine faasistruktuur võib deformeeruda ja seejärel taastuda; 

• Prao läbipaine ja energia neeldumise mehhanismid: materjali sisemine struktuur (näiteks faasiliidesed ja täiteained) muudab prao leviku tee looklevaks, mis lükkab edasi purunemist. Lihtsamalt öeldes ei kulge pragu sirgjooneliselt, vaid sisemine struktuur katkestab, suunab ja neutraliseerib selle passiivselt.

Näete, löögitugevus ei ole tegelikult "purunemisele vastu pidav tugevus", vaid pigem "võime energiat hajutada selle ümbersuunamise teel".

See selgitab ka üht levinud nähtust: mõnel materjalil on uskumatult kõrge tõmbetugevus ja need purunevad löögi korral kergesti; näiteks tehnilised plastid nagu PS, PMMA ja PLA.

Teised materjalid, kuigi neil on mõõdukas tugevus, taluvad lööke. Põhjus on selles, et esimestel pole kuhugi "energiat hajutada", samas kui viimased "hajutavad energiat". Näideteks on PA lehed ja vardad,PPja ABS-materjalid.

Mikroskoopilisest vaatenurgast, kui väline jõud lööb hetkega, kogeb süsteem äärmiselt suurt pinget, mis on nii lühike, et isegi molekulid ei saa õigeaegselt "reageerida".

Sel hetkel hajutavad metallid energiat libisemise teel, keraamika vabastab energiat pragunemise teel, samas kui polümeerid neelavad lööki ahelasegmentide liikumise, dünaamilise vesiniksidemete purunemise ja kristalliliste ning amorfsete piirkondade koordineeritud deformatsiooni kaudu.

Kui molekulaarahelatel on piisav liikuvus, et oma asendit reguleerida ja ajas ümber paigutuda, energiat tõhusalt jaotades, on löögikindlus hea. Seevastu, kui süsteem on liiga jäik – ahela segmendi liikumine on piiratud, kristallisus on liiga kõrge ja klaasistumistemperatuur on liiga kõrge –, koondub kogu energia välise jõu saabumisel ühte punkti ja pragu levib otse.

Seega ei ole löögikindluse olemus mitte "kõvadus" ega "tugevus", vaid pigem materjali võime energiat väga lühikese aja jooksul ümber jaotada ja hajutada.

 

02 Sälguline vs. sälguta: mitte üks test, vaid kaks rikkemehhanismi

Tavaliselt räägitav "löögitugevus" on tegelikult kahte tüüpi: 

• Märgistamata löök: uurib materjali "üldist energia hajumise võimet"; 

• Sälklöök: uurib "prao otsa vastupidavust".

Sälkadeta löök mõõdab materjali üldist võimet löögienergiat neelata ja hajutada. See mõõdab, kas materjal suudab energiat neelata molekulaarse ahela libisemise, kristallilise voolavuse ja kummifaasi deformatsiooni kaudu alates hetkest, mil sellele rakendatakse jõudu, kuni purunemiseni. Seega näitab kõrge sälkadeta löögiskoor sageli paindlikku ja ühilduvat süsteemi, millel on hea energia hajumine.

Sälklöögikatse mõõdab materjali vastupidavust pragude levikule pingekontsentratsiooni tingimustes. Seda võib vaadelda kui "süsteemi pragude leviku taluvust". Kui molekulidevahelised interaktsioonid on tugevad ja ahela segmendid saavad kiiresti ümber paigutuda, siis pragude levik "aeglustub" või "passiveerub".

Seetõttu on suure sälgulise löögikindlusega materjalidel sageli tugevad pindadevahelised interaktsioonid või energia hajumise mehhanismid, näiteks vesiniksidemed estersidemete vahel polükarbonaadis või pindadevaheline eraldumine ja kortsumine kummi karastussüsteemides. 

See on ka põhjus, miks mõned materjalid (näiteks PP, PA, ABS ja PC) toimivad hästi sälguta löögikatsetes, kuid näitavad sälgulise löögikindluse olulist langust, mis näitab, et nende mikroskoopilised energia hajumise mehhanismid ei toimi pingekontsentratsiooni tingimustes tõhusalt.

 

03 Miks on mõned materjalid löögikindlad?

Selle mõistmiseks peame vaatama molekulaarset taset. Polümeermaterjali löögikindlust toetavad kolm põhitegurit:

1. Ketilõikudel on vabadusastmed:

Näiteks PE-s (UHMWPE, HDPE), TPU ja teatud painduvate PC-de puhul võivad ahela segmendid löögi all konformatsiooniliste muutuste kaudu energiat hajutada. See tuleneb põhiliselt energia neeldumisest molekulisiseste liikumiste, näiteks keemiliste sidemete venitamise, painutamise ja keerdumise teel.

2. Faasistruktuuril on puhverdusmehhanism: süsteemid nagu HIPS, ABS ja PA/EPDM sisaldavad pehmeid faase ehk piirpindasid. Löögi korral neelavad piirpinnad esmalt energiat, eraldavad sidemeid ja seejärel taasühenduvad.Nagu poksikindad – kindad ei suurenda jõudu, kuid pikendavad koormusaega ja vähendavad tippkoormust. 

3. Molekulidevaheline "kleepumine": Mõned süsteemid sisaldavad vesiniksidemeid, π–π interaktsioone ja isegi dipoolinteraktsioone. Need nõrgad interaktsioonid "ohverdavad" end löögi korral energia neelamiseks ja seejärel aeglaselt taastuvad.

Seetõttu leiate, et mõned polaarsete rühmadega polümeerid (näiteks PA ja PC) tekitavad pärast lööki märkimisväärset soojust – see on tingitud elektronide ja molekulide tekitatud "hõõrdesoojusest". 

Lihtsamalt öeldes on löögikindlate materjalide ühine omadus see, et nad jaotavad energiat piisavalt kiiresti ümber ega varise kõik korraga kokku.

 

KAUGEMAL's UHMWPE jaHDPE-lehtd on suurepärase löögikindlusega insenerplastist tooted. Kaevandusmasinate ja transporditööstuse peamise materjalina on need asendanud süsinikterase ning neist on saanud eelistatud valik veoautode ja söepunkrite vooderdamiseks. 

Nende äärmiselt tugev löögikindlus kaitseb neid kõvade materjalide, näiteks kivisöe, löökide eest, kaitstes transpordivahendeid. See vähendab seadmete vahetamistsükleid, parandades seeläbi tootmise efektiivsust ja tagades töötajate ohutuse.