Μελέτη αντοχής σε θλίψη δοκιμίων θερμοπλαστικών ABS τα οποία μορφοποιήθηκαν με τη μέθοδο χύτευσης με συμπίεση.

Abstract

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη αντοχής σε θλίψη δοκιμίων από το θερμοπλαστικό πολυμερές ABS,τα οποία έχουν χυτευθεί με συμπίεση. Το ακρυλονιτρίλιο- βουταδιένιο- στυρένιο είναι ένα τριπολυμερές που ανήκει την κατηγορία των θερμοπλαστικών και ονομάζεται σε συντομία ABS. Τα θερμοπλαστικά, όταν η θερμοκρασία τους φτάσει σε μια κατάλληλη περιοχή γίνονται εύκαμπτα και μαλακά, με αποτέλεσμα είναι εύκολα μορφοποιήσιμα, ενώ όταν ψυχρανθούν σκληραίνουν και αυτή η διαδικασία είναι αντιστρεπτή. Οι σημαντικότερες μηχανικές ιδιότητες του ABS είναι η αντοχή στην κρούση και η ανθεκτικότητα. Το ABS χρησιμοποιείται στην αυτοκινητοβιομηχανία, σε εξαρτήματα όπως έδρανα, γρανάζια και άλλα, σε σωληνώσεις και δεξαμενές, αγωγούς χημικών, σε περιβλήματα ηλεκτρονικών συσκευών και είναι ιδιαίτερα ελκυστικό υλικό στην τρισδιάστατη εκτύπωση. Στη χύτευση με συμπίεση το πολυμερές τοποθετείται σε καλούπι που έχει αρσενικό και θηλυκό τμήμα (έμβολο και μήτρα) και το ένα από αυτά τα τμήματα μπορεί να κινηθεί, ώστε να εφαρμοστεί πίεση. Το καλούπι θερμαίνεται ώστε το πλαστικό να γίνει ιξώδες και να λάβει το σχήμα του καλουπιού. Το υλικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν ABS terluran hi10 σε σκόνη. Το καλούπι παρασκευάστηκε από πλάκα αλουμινίου και μορφοποιήθηκε σε φρέζα CNC της Haas, στο εργαστήριο Κατασκευαστικών Τεχνολογιών του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών. H χύτευση με συμπίεση έγινε σε θερμόπρεσσα, με θερμοκρασία 200ᵒC, στο εργαστήριο Κατασκευαστικών Τεχνολογιών του Τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών. Από κάθε καλούπι προκύπτουν τρία δοκίμια, τα οποία μορφοποιούνται ώστε να έχουν τις διαστάσεις 12,7mm πάχος και 50,7mm μήκος (κατά το πρότυπο ASTM D695). Τα δοκίμια που χρησιμοποιήθηκαν στις δοκιμές θλίψης ήταν 17. Για τις δοκιμές θλίψης που πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιήθηκε η μηχανή εφελκυσμού-θλίψης του εργαστηρίου Τεχνολογίας Υλικών. Το εφαρμοζόμενο φορτίο και η μεταβολή μήκους μετριόνται με αισθητήρες που συνδέονται στον ηλεκτρονικό υπολογιστή, όπου το πρόγραμμα LabView καταγράφει τα δεδομένα. Η ταχύτητα δοκιμασίας ήταν 7mm/min. Τα διαγράμματα φορτίου- Μεταβολής μήκους δημιουργήθηκαν στο πρόγραμμα OriginPro 8. Τα αποτελέσματα των δοκιμών έδειξαν ότι τα δοκίμια μπορούν να ταξινομηθούν σε τρείς ομάδες (Α,Β,Γ) ως προς την αντοχή και την ελαστικότητα τους. Η αντοχή διαρροής θλίψης, η αντοχή θλίψης και το μέτρο ελαστικότητας της ομάδας Β είναι μεγαλύτερες από τις αντίστοιχες τιμές των παραμέτρων αυτών των δοκιμίων της ομάδας Α. Συγκεκριμένα η σy της ομάδας Β είναι μεγαλύτερη κατά 67%, η σTS 52% και το μέτρο ελαστικότητας κατά 44%. Οι τιμές σy, σTS και Ε της ομάδας Γ βρίσκονται μεταξύ των άλλων δύο ομάδων, είναι μικρότερες της ομάδας Β και μεγαλύτερες της Α. Οι λόγοι που μπορεί να υπάρχουν αυτές οι διαφορές οφείλονται σε διαφοροποιήσεις κατά την παραγωγή τους και ποικίλουν. Για το λόγο αυτό τα αποτελέσματα που προέκυψαν συγκρίθηκαν με αποτελέσματα αντίστοιχης δοκιμασίας σε δοκίμια που κατασκευάστηκαν με τη μέθοδο Rapit Prototype χρησιμοποιώντας το 3D printer του εργαστηρίου, από άλλη πτυχιακή εργασία. Από τη σύγκριση αυτή προέκυψε ότι μόνο τα αποτελέσματα τις ομάδας Β είναι συγκρίσιμα. Συμπερασματικά, η μέθοδος που εφαρμόστηκε για την παραγωγή των δοκιμίων παρουσιάζει αρκετές αβεβαιότητες, αφού προέκυψαν τρεις ομάδες αποτελεσμάτων και μάλιστα οι δύο από αυτές φανερώνουν σημαντική υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων του υλικού.

The purpose of this scientific research is to test the compressive strength of thermoplastic test pieces ABS (acrylonitrile – butadiene – styrenium) which were molded by the compression molding method. ABS has great endurance on impact and great durability, it is used in car industry, on pipes and many more and it's extremely useful material in three- dimensional printing. In the compression molding method the polymer is placed in a mold (template and piston) in which it is heated and then pressure was put on it. The mold was made of aluminium and was molded in a Haas CNC milling machine at the Engineering Technologies Laboratory of the department of Mechanical Engineering. The specimens are in accordance with ASTM D695. The compression tests were carried out in the Materials Technology Laboratory and a tensile – compressive machine was used. Load and change of length using sensors and computer, recorded the data and processed with Labview and Origin Pro 8 respectively. Finally, the results were compared with those produced by the Rapit Prototype method.