نمودار تنش-کرنش پلیمرها یکی از مهمترین منابع داده برای فهمیدن خواص مکانیکی و رفتار آن ماده میباشد. همانطور که در شکل زیر مشاهده میکنید این نمودار به طور کلی از ۵ ناحیه تشکیل میشود. در ابتدای نمودار ناحیهی الاستیک قرار دارد، که در آن مواد پلیمری از خود رفتار الاستیک نشان میدهند، این بدان معنی است که در این ناحیه مواد حالت کشسان دارند و هیچگونه تغییر شکل پلاستیکی از خود نشان نمیدهند(به عبارتی انرژی متحمل را بازمیگردانند). در ابتدای نمودار اگر مواد در ناحیهی الاستیک خطی قرارگیرند از قانون هوک تبعیت میکنند. (معادلهی مقابل)
اکثر مواد پلیمری نه رفتار الاستیکی دارند و نه کامل از رفتارهای پلاستیکی تبعیت میکنند، بلکه رفتاری کاملا ویسکو-الاستیک از خود نشان میدهند. بعد از ناحیهی الاستیک وارد ناحیهی تسلیم میشویم.سپس دوناحیهی سختی کرنش و بعد گردندهی(یا همان لاغری) را تجربه میکنیم. در ناحیهی کرنش سختی در اثر اعمال تنش زنجیرهای پلیمری آرایشیافته و جابهجا شده و مقاومت ماده در برابر تنش افزایش مییابد. در ناحیه گردندهی که پس از سختی کرنش قرار دارد با افزایش تنش و دور کردن تنش از استحکام نهایی ماده، سطح مقطع آن پیوسته کاهشمییابد. در نهایت به ناحیهی شکست (گسیختگی) میرسیم که در آن مواد پلیمری خواص مکانیکی خود را از دستمیدهند.
یک نکتهی جالب توجه در مورد سختی کرنش این است که هرچه پلیمرما قابلیت کریستالیزاسیون بیشتری داشتهباشند، با کشش و جهتگیری زنجیرها کریستالیزاسیون نیز بالاتر رفته و مقاومت نمونه بیشتر خواهد شد و در نتیجه ما قبل از ناحیهی شکست افزایش تنش مشاهده خواهیمکرد.
شکل۱. نمودار تنش-کرنش پلیمرها
یکی از مهمترین آزمونههای سنجش آزمون کشش است، به گونهای که با بررسی آن از خواص حرارتی، نوری و رئولوژیکی مطلع شده و امکان مقایسه مواد و کنترل کیفیت آن را بدستمیآوریم. این ویژگیها عبارتند از رفتار پلیمر تحت نیروی کشش و خواصی مانند استحکام، سفتی، تردی، سختی و ارتجاعپذیری در مقابل تنش.
در سادهترین نوع آزمون کشش، از قطعهی پلیمری یک نمونهی دمبل شکل طبق استاندارد مدنظر ساخته و آن را بین دو گیرهی دستگاه قرامیدهیم، سپس نیرودهی به قطعه را آغاز میکنیم. نیرودهی به این صورت است که یکی از گیرهها حرکت کرده و باعث کشش نمونه میشود در حالی که گیرهی دوم ثابت میماند. نیروی کششی رفتهرفته زیاد میشود تا زمانی که دیگر ازدیاد آن باعث شکست در نمونه گردد.
استحکام کششی از طریق انجام این آزمون بدستمیآید، استحکام کششی در حقیقت بیشینهی نیروی کششی بر واجد سطح است که یک ماده به شرط نداشتن شکست در طول آزمون میتواند متحمل شود. استحکام کششی معمولا در دو نقطهی تسلیم(Y)و شکست (F)تعریف میشود. این آزمون همچنین میتواند میزان کرنش در شکست را تعیین کند، این فاکتور به صورت درصدی بیان میشود. برای مثال در نمودار زیر نمودار تنش-کرنش پیویسی سخت را که با این آزمون بدستآمده بررسیمیکنیم.
شکل۲. نمودار تنش-کرنش پلیمر U-pvc