Tek yönlü ve iki yönlü yönlendirilmiş polivinilklorür (PVC) de mekaniksel anizotropinin ultrasonik teknikle incelenmesi

Abstract

ÖZET Fiziksel özellikleri, tamamen morfolojik yapısına ve test koşullarına bağlı olan polimerler, oldukça geniş kullanım ala nına sahip, çağımızın vazgeçilmez materyalleridirler. Molekü- ler yönelme polimerlere anizotrop fiziksel özellikler kazandı rır. Katı polimerlerin tek yönlü yönlendirme ile enine izotrop elastik simetri kazandıkları bilinmektedir. Bu çalışmada katı polivinilklorür örnekleri, iki dik yönde ve farklı çekme oranlarında yönlendirildi. îki dik yönelim ek senine sahip bu yönlendirilmiş Örneklerin mekaniksel anizotro- pisi incelendi ve sahip olduğu elastik simetri araştırıldı, örneklerin çekme eksenleri ile tanımlanan üç esas düzlem içinde ultrasonik dalgaların yöne bağlı olarak yayılma hızları ölçüldü, ölçmeler daldırma tekniği kullanılarak, 2 Mhz sabit frekansta ve 25 C sabit sıcaklıkta yapıldı. Yönlendirilmiş örnek kalınlıklarının dönüştürgenlerin çap larından çok küçük olmasından ötürü, daldırma tekniği kullanı larak her iki çekme eksenini içeren düzlemde hız ölçümü yapma zorluğu özel bir dilimleme tekniği geliştirilerek ortadan kal dırıldı. Bu tekniğin güvenirliliği tek yönlü yönlendirilmiş örneklerde beklenen sonuçların elde edilmesi ile deneysel ola rak gösterildi. Boyuna dalga hızı ölçümleri geniş bir yayı İma açısı aralı ğında yapıldı. Enine hız ölçümleri boyuna dalgaların iç tam yansımaya uğradığı kritik bir gelme açısından sonra yapıldı. Enine dalga hızı ölçümleri örnek tutucusunun maksimum 5 0° dön dür ülebi 3mes i ve PVC de boyuna dalga için kritik gelme açısı oldukça yüksek oluşu nedeniyle dar bir yayılma açısı aralığın da yapılabildi. Boyuna hız ölçümleri %1 den daha iyi doğrulukla yapıldı. Enine hız ölçümleri enine atmaların boyuna atmalara göre daha basık olmasından ve atma tepesinin saptanmasındaki belirsizlikten ötürü %1-2 doğrulukla yapıldı.örneklerin üç esas düzleminde belirli yönlerdeki yayılma lar için ölçülmüş hız değerlerinden elastik sabitleri belir lendi. Tek yönlü yönlendirilmiş örnekler için bilinen beş ba ğımsız elastik sabiti hesaplanırken, iki yönlü yönlendirilmiş örneklerin ortorombik simetriye sahip olacakları varsayılarak dokuz bağımsız elastik sabiti hesaplandı, üç esas düzlemde bo yuna dalga modunun yöne bağlı olarak ölçülen hız değerleri ile bu varsayımin iyi bir yaklaşıklıkla doğru olduğu gösterildi, îki yönlü yönlendirilmiş örneklerin yönlendirme eksenleri boyun ca elastik sertlikler, tek yönlü yönlendirmede olduğu gibi çek me yönlerindeki çekme oranlarıyla doğru orantılı olduğu gözle nirken, diğer elastik sertlik sabitlerinin her iki çekme yönün den etkilendiği gözlendi. vı

SUMMARY Physical properties of polymers are dependent on the structure and the testing conditions. They are indispensable materials of the century, with a wide area of utilization. Molecular orientation gives polymers anisotropic physical properties. It is known that solid polymers acquire, transversely isotropic elastic symmetry by the uniaxial orientation. In this study, solid polyvinyl chloride samples have been oriented by drawing along two mutually perpendicular axes with different draw ratios. The mechanical anisotropy and the acquired elastic symmetries of these samples oriented in the two mutually perpendicular orientation axes have been investigated. The propagation velocities of the ultrasonic waves in the three principal planes defined by the drawing axes of the samples have been measured depending on the propagation directions. Measurements have been carried out by. immersion technique at a constant frequency of 2 Mhz and a constant temperature of 25°C. Measurements with immersion technique in the plane containing the two draw axes presents some difficulties due to the oriented sample thicknesses being greater than the transducer diameters. This difficulty has been overcome by employing a special slicing technique. The reliability of this technique has been demonstrated by the obtaining öf expected results in the uniaxially oriented samples. Velocity measurements have been carried out for a wide range of propagation angles in the case of longitudinal ultrasonic waves. In the case of transverse waves, measurements have been carried out after a critical angle of incidance at which longitudinal waves subject to total reflection^ Since maximum rotation angle of the sample holder was about 50 and critical angle of incidance for longitudinal waves in PVC was substantially high, it was able to measure transverse wave Vllvelocities for only a narrow internal of the propagation angle. Whilst the longitudinal velocity measurements could be measured for an accuracy of less than 1%, transverse velocity measurements could be only achieved 1-2% accuracy due to transverse peak being flatter than longitudinal peaks and pulse peak not being possible to be exactly determined. Elastic constants have been determined from the velocity measurements for propagation in different directions in the three principal planes of the samples. For the uniaxially oriented samples, the five known independent elastic constants have been computed. However the biaxially oriented samples have been assumed to have orthorhombic symmetry and nine independent elastic constants have been computed. This assumption have been shown to hold true to a large extent by using direction dependent velocity measurements of the longitudinal wave mode in the three principal planes. Whilst it has been observed that in the biaxially oriented samples, as in the uniaxially oriented samples, the elastic stifnesses along the orientation axes are proportional to the draw ratios in the draw directions, the other elastic stifnesses have been observed to be influenced by both two draw ratios. vin