Viscoelasticity Measurement

ویسکوالاستیسیته یعنی چی؟

پلیمرها نه فقط مثل جامدِ کاملاً سفت رفتار می‌کنن، نه مثل مایعِ کاملاً روان؛
بلکه هم‌زمان کمی جامدن، کمی مایع 👈 به این رفتار می‌گیم ویسکوالاستیسیته (Viscoelasticity).

همین رفتار دوگانه باعث خیلی از اتفاق‌های مهم تو قالب‌گیری می‌شه؛ مثل:

• نوسان جریان

• تغییرات تنش داخل قطعه

• عیوب سطحی مثل jetting و tiger stripes

خلاصه‌ی تست ویسکوالاستیسیته

ایده‌ی تست اینه که ببینیم وقتی به پلیمر نیرو می‌دیم، در طول زمان چه‌طور واکنش نشون می‌ده:

• چقدر سریع مثل فنر برمی‌گرده (رفتار الاستیک)

• چقدر با تأخیر و کش‌اومدن جواب می‌ده (رفتار ویسکوز)

در این تست، تنش (Stress) و کرنش (Strain) ماده را در طول زمان اندازه می‌گیریم.

هدف‌های تست

با این آزمایش می‌خوایم:

1. بفهمیم پلیمر در طول زمان موقع اعمال نیرو چه رفتاری داره.

2. ببینیم دما و فرکانس (سرعت نوسان نیرو) چه اثری روی رفتار ماده دارن.

3. داده‌ی لازم برای مدل‌سازی دقیق در نرم‌افزارهای CAE (مثلاً شبیه‌سازی تزریق) به‌دست بیاریم.

دستگاه و روش کار

برای این کار از رئومتر چرخشی (Rotational Rheometer) در حالت دینامیکی / نوسانی (Dynamic Mode) استفاده می‌کنیم.

نحوه‌ی تست

• یک نمونه‌ی کوچک پلیمر (معمولاً به شکل دیسک) بین دو صفحه‌ی دایره‌ای قرار می‌گیره.

• صفحه‌ی بالا با حرکت سینوسی (جلو–عقب چرخشی) نمونه را کمی تغییر شکل می‌ده.

• دستگاه اندازه می‌گیرد که ماده چقدر مقاومت می‌کند و چقدر عقب می‌ماند.

خروجی اصلیِ تست دو تا عدد مهم است:

1. G′ (Storage Modulus – مدول ذخیره)

   • نشان‌دهنده‌ی بخش جامدی / الاستیک ماده است.

   • هرچه G′ بزرگ‌تر باشه، ماده بیشتر مثل فنر عمل می‌کنه و انرژی رو ذخیره می‌کنه.

2. G″ (Loss Modulus – مدول اتلاف)

   • نشان‌دهنده‌ی بخش مایعی / ویسکوز ماده است.

   • هرچه G″ بزرگ‌تر باشه، ماده بیشتر مثل مایعِ چسبناک رفتار می‌کنه و انرژی رو به صورت گرما از دست می‌ده.

نمودار و تفسیر ساده

نمودار پیشنهادی

• محور افقی (X): فرکانس (یا زمان)

• محور عمودی (Y): G′ و G″

دو تا منحنی داریم:

• منحنی G′

• منحنی G″

تفسیر:

• فرکانس‌های پایین (حرکت آرام / زمان زیاد):
  معمولاً G″ > G′
  ➜ ماده بیشتر مثل مایع رفتار می‌کنه → برای جریان داخل قالب خوبه.

• فرکانس‌های بالا (حرکت سریع / زمان کم):
  معمولاً G′ > G″
  ➜ ماده بیشتر مثل جامد رفتار می‌کنه → کمک می‌کنه شکل قطعه حفظ بشه.

• نقطه‌ی تقاطع G′ و G″:
  جاییه که رفتار ماده بین مایع‌بودن و جامدبودن در حال تغییر است.
  این ناحیه برای فهم ناپایداری جریان و عیوبی مثل jetting و tiger stripes خیلی مهمه.

تحلیل صنعتی و کاربردی

از دید مهندسیِ تولید:

• اگر G′ زیاد باشد:

  • ماده سفت‌تر و پایدارتر می‌شود،

  • ولی پر شدن قالب سخت‌تر می‌شود (ممکن است جریان به سختی جلو برود).

• اگر G″ زیاد باشد:

  • ماده روان‌تر می‌شود،

  • قالب راحت‌تر پر می‌شود،

  • ولی خطر ناپایداری جریان و عیوب سطحی (مثل موج، راه‌راه، jetting) بیشتر می‌شود.

پس مهندس فرایند باید با:

• تنظیم دما،

• تغییر نرخ برش / سرعت مارپیچ،

• و تنظیم سرعت تزریق،

یک تعادل مناسب بین G′ و G″ پیدا کند؛ یعنی ماده آن‌قدر روان باشد که قالب خوب پر شود، و آن‌قدر هم خاصیت جامدی داشته باشد که قطعه‌ی نهایی شکل و سطح خوبی داشته باشد.