چکیده
الاستومرهای گرمانرم پلی یورتان (TPU) از جمله پلیمرهای دوفازی هستند که ریزساختار آن ها از بخش های نرم و سخت تشکیل شدهاست. این ریزساختار منجر به رفتار مکانیکی منحصربه فردی می شود که آن ها را از سایر پلیمرهای گرمانرم و الاستومرهای متداول متمایز می کند. در بسیاری از پلیمرها از جمله الاستومرهای گرمانرم پلی یورتان، تغییر شکل در حالت جامد موجب جهت گیری مولکولی و بهبود خواص عملکردی می شود، که فرآیند نورد یکی از موثرترین تکنیک ها برای دستیابی به آن در کاربردهای تجاری است. با این حال، اجرای موفق نورد در مواد دوفازی که رفتارهای وابسته به نرخ کرنش، نرم شوندگی، هیسترزیس، رهایش از تنش و بازیابی شکل الاستیک و غیرالاستیک دارند، مستلزم شناخت دقیق سازوکارهای تغییر شکل آن -هاست. از این رو، شناخت سازوکارهای تغییر شکل این دسته از مواد پلیمری، برای دستیابی به شرایط امکانپذیری نورد، درکانون این پژوهش قرار گرفتهاست.
در این پژوهش، تحولات حرارتی و رفتار تغییر شکل TPUها با سختی های مختلف، از طریق آزمونهای تجربی شامل آزمون گرماسنج روبشی تفاضلی،آزمون مکانیکی- حرارتی پویا و آزمون مکانیکی فشار تک محوره شناسایی و بررسی شد. سپس یک مدل ساختاری پدیدارشناختی توسعه یافت که در آن فاز نرم بهصورت یک عنصر فنری مدل هایپرالاستیک هشت زنجیره ای آرودا-بویس و فاز سخت بهصورت ترکیبی از یک فنر الاستیک خطی، میراگر ویسکوپلاستیک غیرخطی مدل ری-ایرینگ اصلاح شده و یک عنصر اصطکاکی توصیف گردید. مدل در محیط اجزای محدود ABAQUS/Explicit از طریق زیرروال VUMAT پیاده سازی و با داده های تجربی اعتبارسنجی شد.
نتایج نشان داد با افزایش سختی و در پی آن افزایش درصد فاز سخت، رفتار پلاستیک تقویت شده و بازیابی شکل کاهش می- یابد. همچنین کرنش پسماند در چرخه های کامل بارگذاری-باربرداری فشاری تا کرنش حقیقی 0/1، حتی پس از گذشت چند هفته بهطور کامل بازیابی نمی شود. تطابق بین مدل و داده های آزمایشگاهی برای TPUهای نماینده، بینش فیزیکی از مکانیزم های تغییرشکل مواد TPU که دارای ویژگی های الاستومری و پلاستومری هستند، ارائه داد.
در ادامه بر پایه نتایج مدل عددی و آزمون ها، رفتار تغییر شکل TPUها و ویژگیهای نورد حالت جامد آن.با اندازه گیری تغییرات ضخامت نمونه های نورد شده از دو TPU با کسر حجمی فاز سخت مختلف، در کنار پلی یورتان گرماسخت (PUR) برای مقایسه، ارزیابی شد.
نتایج نشان داد که TPUها با پیوند عرضی فیزیکی، تغییر شکل پلاستیک کمی در دمای اتاق از خود بروز میدهند. با این حال تغییر شکل دائمی آن نسبت به PUR که دارای پیوندی عرضی شیمیایی هستند، بیشتر است. از سوی دیگرآزمایش نورد سرد که با سرعت نورد 5/0 متر بر دقیقه با نسبت اسمی فروکاست 85 درصد انجام شد، نشان داد که نسبت فروکاست دائمی برای هر دو TPU کمتر از 35 درصد است. با این حال، هنگامیکه سرعت نورد به 3 متر بر دقیقه افزایش مییابد، نسبت فروکاست دائمی برای TPUShA90 و TPUShA85 بهترتیب به 67 درصد و 60 درصد میرسد. این رفتار نشاندهندهی تغییر حالت انتقال حرارت از همدما به بی درو در سرعتهای بالا است. سرانجام نتایج تحلیل امکانسنجی نورد نشان داد که امکان رسیدن به نسبت فروکاست بالاتر از 50 درصد و تولید یک محصول نورد با کمترین عیب هندسی و سطحی، بهازای نسبت اسمی فروکاست 82 درصد، در دمای 120 درجه سانتیگراد و سرعت نورد یک متر بر دقیقه، در صورت افزایش درصد فاز سخت TPU وجود دارد.

کلمات کلیدی: الاستومرگرمانرم پلییورتان، رفتار تغییر شکل هایپرالاستیک-ویسکوپلاستیک، آزمون فشار و کشش تک-محوره، DMTA، فرآیند نورد پلیمر، المان محدود، مدل ری-ایرینگ اصلاح شده، مدل هایپرالاستیک هشت زنجیرهای آرودا-بویس