ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΝΤΟΧΗ ΜΟΝΟΪΝΩΝ ΚΑΙ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΥΛΙΚΩΝ

Transcript

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΑΒΑΛΑΣ Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Μηχανολογίας Τομέας Υποδομής ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΑΝΤΟΧΗ ΜΟΝΟΪΝΩΝ ΚΑΙ ΠΟΛΥΜΕΡΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Εισηγητής: ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΑΜ: 4414 Επιβλέπων: ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΤΣΑΚΑΤΑΡΑΣ Καβάλα, Αύγουστος, 2013

2 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Ευχαριστώ θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή μου κ. Τσακατάρα Γεώργιο για την καθοδήγηση, την βοήθεια και τον πολύτιμο χρόνο που αφιέρωσε για να φέρω εις πέρας αυτή την πτυχιακή εργασία. Ευχαριστώ επίσης όλους τους καθηγητές μου για τις γνώσεις που αποκόμισα κατά την φοίτηση μου στο Τμήμα Μηχανολογίας του Τ.Ε.Ι. Καβάλας. Τέλος ευχαριστώ την προπαντός την οικογένεια μου και τους φίλους μου για την βοήθεια και την θερμή συμπαράσταση τους κατά την διάρκεια σπουδών μου. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 2 από 65

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η χρήση της πετονιάς στη δραστηριότητα του ψαρέματος είναι γνωστή σε όλους μας. Η πετονιά είναι ένα πολυμερές υλικό, που απαρτίζεται από μόρια μεγάλων διαστάσεων και υπάρχει μια πολύ μεγάλη γκάμα στην αγορά. Η Flexonil 120 που χρησιμοποιήθηκε στη παρούσα μελέτη στη δοκιμή εφελκυσμού, όταν δηλαδή δυο ίσες και αντίθετες δυνάμεις τείνουν να αυξήσουν το μήκος του δοκιμίου, παρουσιάζει διάφορες μηχανικές ιδιότητες. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 3 από 65

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ 6 Κεφάλαιο 1 ο ΠΟΛΥΜΕΡΗ 1.1 Γενικά Ιστορικά Δομή Πολυμερών Γενικά Χαρακτηριστικά Πολυμερών Ταξινόμηση Πολυμερών Αρχιτεκτονική της Πολυμερούς Αλυσίδας Είδος των Ατόμων που συμμετέχουν στη Δομή της Κύριας Αλυσίδας Οργάνωση της Κύριας Αλυσίδας Θερμομηχανικές Ιδιότητες Μηχανικές Ιδιότητες Πολυμερών Εφαρμογές...18 Κεφάλαιο 2 ο ΠΕΤΟΝΙΕΣ 2.1 Γενικά Ιστορικά Υλικό Κατασκευής Πετονιές από διάφορα Τύπου Πολυμερών Είδη Πετονιάς Πετονιές από διαφορετικά Χρώματα Αόρατη ή Χρωματιστή Πετονιά Διάφορα Χαρακτηριστικά της Πετονιάς.34 ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 4 από 65

5 Κεφάλαιο 3 ο ΑΝΤΟΧΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 3.1 Γενικά Οι Δοκιμές Αντοχής των Υλικών Εφελκυσμός Συμπεριφορά των Υλικών Ελαστική Συμπεριφορά των Υλικών Πλαστική Συμπεριφορά των Υλικών Όλκιμα και Ψαθυρά Υλικά.47 Κεφάλαιο 4 ο ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 4.1 Το Πείραμα εφελκυσμού και ο καθορισμός χαρακτηριστικών Αντοχής των Υλικών Συσκευή Εφελκυσμού Λειτουργία και Εφαρμογή Πειράματος Υπολογισμός Μηχανικών Ιδιοτήτων της FLEXONIL Αποτελέσματα και Συμπεράσματα.60 ΒΙΒΙΛΟΓΡΑΦΙΑ.64 ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 5 από 65

6 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η συνεχής εξέλιξη των μηχανολογικών συστημάτων οδήγησε στην απλοποίηση πολλών και ιδιαίτερα δύσκολων, για πριν από μερικά χρόνια, εφαρμογών. Με την ραγδαία αύξηση της τεχνολογίας και την εφαρμογή σύγχρονων μέσων έχουμε την δυνατότητα να πειραματιστούμε και να ερευνήσουμε λεπτομερώς οποιαδήποτε εφαρμογή. Ένα από τους βασικότερους ρόλους για την επιτυχία του ψαρέματος είναι οι πετονιές που θα χρησιμοποιήσουμε και κυρίως η ποιότητά τους. Με την πάροδο των χρόνων η τεχνολογία μας έχει δώσει πετονιές υψηλής ποιότητας και πλέον έχουμε την δυνατότητα να επιλέξουμε μέσα από μια μεγάλη ποικιλία το ιδανικότερο από όλες τις απόψεις για μας. Σκοπός της πτυχιακής μου άσκησης είναι να μελετήσω το υλικό από το οποίο κατασκευάζεται η πετονιά που και η αυτή είναι πολυμερές υλικό όπου σε συνδυασμό με αλλά υλικά και κατόπιν ειδικής επεξεργασίας, μας δίνουν όπως αναφέραμε πετονιές υψηλής ποιότητας, τις προδιαγραφές ως προς την αντοχή που ορίζει ο κάθε κατασκευαστής προϊόντων αλιείας και συγκεκριμένα της απλής πετονιάς. Αυτό θα το πετύχουμε κάνοντας πειραματικές δοκιμές σε αντοχή εφελκυσμού σε μια τυχαία πετονιά την οποία προμηθευτήκαμε από το εμπόριο. Επίσης θα αναφέρουμε και θα αναλύσουμε τα διάφορα είδη πετονιάς ως προς το υλικό κατασκευής και χρήσης. Κάνοντας το πείραμα εφελκυσμού θα μελετήσω, τα αποτελέσματα της δοκιμής για να εξάγουμε χρήσιμα συμπεράσματα όσο αναφορά την ποιότητα, το υλικό και την αντοχή της πετονιάς, και θα προσδιορίσω τις διάφορες μηχανικές του ιδιότητες όπως είναι η τάση, η ειδική επιμήκυνση, το όριο θραύσης, και το μέτρο ελαστικότητας του Young. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 6 από 65

7 ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΠΟΛΥΜΕΡΗ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 7 από 65

8 ΠΟΛΥΜΕΡΗ 1. ΠΟΛΥΜΕΡΗ 1.1 Γενικά Πολυμερές είναι μόριο μεγάλους μεγέθους (μακρομόριο) που αποτελείται από επαναλαμβανόμενες (δομικές) μονάδες ενώ Μονομερές είναι απλή χημική ένωση από την οποία μπορεί να ληφθεί ένα πολυμερές μέσω μιας επαναλαμβανόμενης αντίδρασης. Αν και τα πολυμερή αποτελούσαν συστατικό της ζωής του ανθρώπου από την αρχή της ιστορίας του, η επιστημονική προσέγγιση της δομής τους καθώς και η συνθετική παραγωγή τους αποτελούν επιτεύγματα του 20ού αιώνα. Τα πολυμερή υλικά διακρίνονται στα φυσικά και στα συνθετικά πολυμερή. Τα φυσικά πολυμερή τα συναντάμε στη φύση (ξύλο, βαμβάκι, το μετάξι, οι ίνες των οργανισμών, τα οστά και φυσικά το DNA των κυττάρων, καθώς και η μεμβράνη που χωρίζει το ένα κύτταρο από το άλλο αποτελούν παραδείγματα φυσικών 29 πολυμερών, ενώ τα συνθετικά παράγονται από τον άνθρωπο. Ορίζουμε τα πολυμερή ως φυσικές ή τεχνητά παρασκευασμένες ύλες, αποτελούμενες από μόρια μεγάλων διαστάσεων (μεγάλου μοριακού βάρους). Τα πολυμερή συνδυάζουν πλήθος πλεονεκτημάτων, όπως το ότι μπορούν να μορφοποιηθούν εύκολα και να δώσουν προϊόντα πολύπλοκης γεωμετρίας, διαθέτουν διαφάνεια οπότε μπορούν να αντικαταστήσουν το γυαλί, έχουν χαμηλή πυκνότητα, καλές μηχανικές ιδιότητες και αρκετά χαμηλό κόστος. Παρόλα αυτά παρουσιάζουν και κάποια σημαντικά μειονεκτήματα. Όπως έχει αποδειχθεί ήδη, η χρήση των πλαστικών υλικών προκαλεί μια από τις σημαντικότερες αιτίες μόλυνσης του περιβάλλοντος. Συγχρόνως, ένα μεγάλο ποσοστό πλαστικών προϊόντων έχει σαν πρώτη ύλη το πετρέλαιο, γεγονός που σημαίνει ότι η παραγωγή τους έχει άμεση εξάρτηση από την τιμή και την πολιτική του πετρελαίου, μιας μη ανανεώσιμης πρώτης ύλης. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 8 από 65

9 ΠΟΛΥΜΕΡΗ 1.2 Ιστορικά Ο κόσμος μας είναι γεμάτος από πολυμερή υλικά. Τα αντικείμενα που χρησιμοποιούμε καθημερινά, το χαρτί που γράφουμε, τα ρούχα που φοράμε, ακόμα και εμείς οι ίδιοι είμαστε φτιαγμένοι από πολυμερής δομές. Η ιστορία των πολυμερών υλικών ξεκινάει πριν εκατοντάδες χρόνια, όταν οι άνθρωποι χρησιμοποιούσαν τα φυσικά πολυμερή, που έχουν φυτική ή ζωική προέλευση, στην καθημερινή τους ζωή (Εικ.1.1). Παρόλα αυτά, μόλις τον 20ό αιώνα ξεκίνησε η επιστημονική προσέγγιση και παραγωγή συνθετικών πολυμερών, μετά τη λήξη του δεύτερου Παγκοσμίου πολέμου, περίοδο ιδιαίτερης άνθησης για τον τομέα των υλικών. Εικόνα 1.1 Η ιστορία των υλικών Το 19ο αιώνα η χρήση των πολυμερών άλλαξε δραματικά με την παραγωγή ημι-συνθετικών πολυμερών, δηλαδή φυσικών πολυμερών που επεξεργάζονται χημικά ώστε να προκύψουν υλικά με βελτιωμένες ιδιότητες. Χαρακτηριστικής σημασίας είναι η μετατροπή του καουτσούκ σε ελαστικό καλύτερων ιδιοτήτων με την προσθήκη θείου που πρώτος παρατήρησε ο Charles Goodyear (1839), διαδικασία που αργότερα καθιερώθηκε με το όνομα βουλκανισμός. Το πρώτο ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 9 από 65

10 ΠΟΛΥΜΕΡΗ πλαστικό που παρασκευάστηκε ήταν η συνθετική κυτταρίνη (celluloid) το Τη δεκαετία του 1920 ο χημικός Hermann Staudinger εισήγαγε την έννοια του μακρομορίου. Ο ίδιος βραβεύτηκε με Nobel το Μετά το Δεύτερο Παγκόσμιο πόλεμο η βιομηχανία των πολυμερών είχε ραγδαία ανάπτυξη με την παραγωγή συνθετικών 30 πολυμερών με χημικές κατεργασίες, και αυτό συνέβη κυρίως εξαιτίας της ανεπάρκειας φυσικών πολυμερών. Έτσι, τα συνθετικά αντικατέστησαν τα φυσικά πολυμερή, δίνοντάς τους έτσι τεράστια ώθηση, με κύριο συντελεστή ανάπτυξης τις Η.Π.Α. Την εποχή αυτή αναπτύχθηκαν και τα θερμοπλαστικά πολυμερή, όπως το πολυστυρένιο (PS), το πολυαιθυλένιο (PE), το πολυπροπυλένιο (PP) και το χλωριούχο πολυβινύλιο (PVC). 1.3 Δομή Πολυμερών Η λέξη πολυμερές είναι σύνθετη και προέρχεται από το πολύς + μέρος, ενώ Μονομερές είναι απλή χημική ένωση από την οποία μπορεί να ληφθεί ένα πολυμερές μέσω μιας επαναλαμβανόμενης αντίδρασης. Τα πολυμερή είναι φυσικά ή τεχνητά παρασκευασμένα υλικά που αποτελούνται από μόρια μεγάλων διαστάσεων, τα μακρομόρια. Δομικά συστατικά των μακρομορίων είναι τα μονομερή, τα οποία ενώνονται μεταξύ τους και σχηματίζουν τη μακρομοριακή αλυσίδα των πολυμερών. Το επαναλαμβανόμενο μονομερές (Α) είναι η δομική μονάδα που επαναλαμβάνεται σε όλη τη δομή του πολυμερούς. Το πολυμερές τότε έχει τη μορφή: -Α-Α-Α-.-Α-Α-Α- ή [Α]ν Ο αριθμός των επαναλήψεων του μονομερούς (ν) ονομάζεται βαθμός πολυμερισμού (degree of polymerization ή β.π.). Ο β.π. έχει σχέση και με το μοριακό βάρος του πολυμερούς. Αν τα μονομερή που αποτελούν το πολυμερές είναι ενός τύπου, το μακρομόριο ονομάζεται ομοιοπολυμερές ενώ αν το αποτελούν διάφοροι τύποι ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 10 από 65

11 ΠΟΛΥΜΕΡΗ μονομερών ονομάζεται συμπολυμερές. Ο βαθμός πολυμερισμού επηρεάζει τόσο τις φυσικές όσο και τις μηχανικές ιδιότητες των πολυμερών. Στα πολυμερή συναντάμε τρία είδη χημικών δεσμών: ομοιοπολικούς δεσμούς κατά μήκος της αλυσίδας του μακρομορίου, που είναι και οι πιο ισχυροί, δεσμούς Van der Waals και δεσμούς υδρογόνου μεταξύ απομακρυσμένων τμημάτων της ίδιας αλυσίδας ή μεταξύ διαφορετικών μακρομορίων, οι οποίοι είναι πιο ασθενείς δεσμοί. Εξαιτίας του μεγάλου αριθμού δεσμών άνθρακα στο μόριο του πολυμερούς, η αλυσίδα του πολυμερούς είναι αδύνατο να ευθυγραμμιστεί, ενώ το μόριο 31 περιστρέφεται και αλλάζει συνεχώς κατευθύνσεις. Τα μόρια των πολυμερών με την ίδια σύσταση μπορούν να έχουν διαφορετική διευθέτηση των ατόμων τους, ένα φαινόμενο που ονομάζεται ισομέρεια. Εικόνα 1.2 Άμορφο πολυμερές Εικόνα 1.3 Ημικρυσταλλικό Ως κρυσταλλικό θεωρείται το πολυμερές του οποίου οι μακρομοριακές αλυσίδες βρίσκονται σε διάταξη περιοδικά επαναλαμβανόμενη, ενώ άμορφο θεωρείται το πολυμερές του οποίου η δομή μοιάζει με αυτή της υγρής φάσης και δεν παρουσιάζει κανονικότητα (Εικ.1.2-3). Οι παράγοντες που επηρεάζουν την κρυσταλλικότητα των πολυμερών είναι αρχιτεκτονική των αλυσίδων, δηλαδή αν υπάρχει συμμετρία των αλυσίδων ή αν υπάρχουν πλευρικές ομάδες. Επίσης, το βαθμό κρυσταλλικότητας επηρεάζει ο βαθμός πολυμερισμού. Με την αύξηση του βαθμού πολυμερισμού μειώνεται η κρυσταλλικότητα του πολυμερούς. Η αύξηση της θερμοκρασίας μετά τη μορφοποίηση του πολυμερούς ευνοεί την κρυστάλλωση ενώ η άσκηση μηχανικής καταπόνησης, εφελκυσμού για παράδειγμα, προκαλεί την ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 11 από 65

12 ΠΟΛΥΜΕΡΗ παράλληλη διευθέτηση των αλυσίδων και επομένως διευκολύνει την κρυστάλλωση. Τα κρυσταλλικά πολυμερή είναι γενικά πιο άκαμπτα από τα άμορφα ημικρυσταλλικά πολυμερή. Η αντοχή των ημικρυσταλλικών πολυμερών αυξάνεται όσο αυξάνεται ο βαθμός κρυσταλλικότητας. Η διαφάνεια στα πολυμερή έχει άμεση σχέση με την κρυσταλλικότητα. Όσο πιο μεγάλος είναι ο βαθμός κρυστάλλωσης, τόσο πιο λίγο φως περνάει από το πολυμερές και επομένως τόσο πιο αδιαφανές είναι το υλικό. Τα άμορφα πολυμερή γενικά παρουσιάζουν διαφάνεια, ιδιότητα σημαντική για πολλές εφαρμογές, όπως σε συσκευασίες τροφίμων και φακούς επαφής. Τα πολυμερή με μικρά μοριακά βάρη είναι σε υγρή ή αέρια κατάσταση. Τα πολυμερή με μοριακό βάρος περίπου 1000 gr/mol είναι κηρώδη στερεά ενώ τα στερεά πολυμερή έχουν συνήθως μοριακά βάρη μεταξύ 1000 και μερικών εκατομμυρίων gr/mol. Τα φυσικά χαρακτηριστικά των πολυμερών δεν εξαρτώνται μόνο από το μοριακό τους βάρος αλλά και από τις δομές των μοριακών αλυσίδων. Οι μοριακές δομές είναι γραμμικές, διακλαδιζόμενες, διασταυρωμένες και δικτυωμένες. 1.4 Γενικά Χαρακτηριστικά Πολυμερών Κάποια από τα κυριότερα χαρακτηριστικά των πολυμερών είναι τα παρακάτω: Αποτελούνται κυρίως από C και H. Έχουν χαμηλά σημεία τήξης Τα πιο πολλά δεν είναι αγωγοί θερμότητας και ηλεκτρισμού. Τα πολυμερή έχουν μικρή θερμική αγωγιμότητα και γι αυτό βρίσκουν εφαρμογή ως θερμομονωτικά. Επίσης χρησιμοποιούνται και ως μονωτές ηλεκτρισμού. Η ιδιότητα αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι οι ομοιοπολικοί δεσμοί των πολυμερών δεν επιτρέπουν ελεύθερο ηλεκτρικό φορτίο, οπότε και εμφανίζουν μεγάλη ειδική ηλεκτρική αντίσταση. Επίσης γενικά παρουσιάζουν μεγάλη αντοχή σε χημική προσβολή. Τα πολυμερή υλικά είναι ελαφριά, δηλαδή έχουν χαμηλή πυκνότητα και αυτό γιατί τα στοιχεία H, ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 12 από 65

13 ΠΟΛΥΜΕΡΗ C έχουν μικρά ατομικά βάρη ενώ η δομή των πολυμερών είναι ανοιχτή. Τα κρυσταλλικά πολυμερή παρουσιάζουν μεγαλύτερη πυκνότητα από τα άμορφα εξαιτίας της πυκνής κανονικής διάταξης. Τα πιο ελαφριά πολυμερή είναι τα θερμοπλαστικά. Τα συνθετικά πολυμερή χωρίζονται σε δυο βασικές κατηγορίες: στα πολυμερή προσθήκης και στα πολυμερή συμπύκνωσης (Εικ.1.4-5). Τα πολυμερή προσθήκης προκύπτουν με διαδοχικές αντιδράσεις προσθήκης μονομερών μέχρι να προκύψει το τελικό πολυμερές. (Εικ.1.4).Τα πολυμερή προσθήκης στην κύρια αλυσίδα έχουν μόνο άτομα άνθρακα. Τα πολυμερή συμπύκνωσης προκύπτουν με την αντίδραση δύο μορίων πολυμερών διαφορετικών ομάδων (Εικ.1.5). Το πολυμερές που προκύπτει συνήθως περιλαμβάνει στην κύρια αλυσίδα και άλλα άτομα εκτός από άνθρακα. Εικόνα 1.4 Πολυμερισμός Προσθήκης Εικόνα 1.5 Πολυμερισμός Συμπύκνωσης ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 13 από 65

14 ΠΟΛΥΜΕΡΗ 1.5 Ταξινόμηση Πολυμερών Τα πολυμερή ταξινομούνται ανάλογα: Με την αρχιτεκτονική της πολυμερούς αλυσίδας. Με το είδος των ατόμων που συμμετέχουν στη δομή της κύριας αλυσίδας. Με την οργάνωση της κύριας αλυσίδας. Ανάλογα με τις θερμομηχανικές ιδιότητές τους Αρχιτεκτονική της Πολυμερούς Αλυσίδας Οι όροι «πολυμερή» και «πλαστικά» συνήθως θεωρούνται συνώνυμοι. Στην πραγματικότητα όμως υπάρχει διαφορά μεταξύ τους. Το πολυμερές είναι ένα καθαρό υλικό που προκύπτει από τη διαδικασία του πολυμερισμού και συνήθως εκπροσωπεί την οικογένεια των υλικών που χαρακτηρίζονται από μακρομοριακή δομή (συμπεριλαμβανομένων και των ελαστομερών). Καθαρά πολυμερή σπανίως χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές. Συνήθως τα πολυμερή εμπεριέχουν και διάφορες πρόσθετες ουσίες και τότε ονομάζονται πλαστικά. Η ταξινόμηση των πολυμερών πραγματοποιείται με διάφορα κριτήρια. Με κριτήριο την αρχιτεκτονική της αλυσίδας τους, τα πολυμερή διακρίνονται σε: Εικόνα 1.6 ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 14 από 65

15 ΠΟΛΥΜΕΡΗ α) Γραμμικά β) Διακλαδωμένα γ) Δικτυωμένα δ) Διασταυρωμένα Γραμμικά είναι τα πολυμερή στα οποία οι ομάδες μονομερών συνδέονται μεταξύ τους από τα άκρα σε απλές αλυσίδες. Μεταξύ των αλυσίδων αναπτύσσονται δυνάμεις Van der Waals. Παραδείγματα πολυμερών με γραμμικές δομές είναι το πολυαιθυλένιο, το πολυβινυλοχλωρίδιο, το πολυστυρένιο, το νάιλον και άλλα. Διακλαδωμένα είναι τα πολυμερή των οποίων οι κύριες αλυσίδες συνδέονται με πλευρικές αλυσίδες. Η παρουσία πλευρικών αλυσίδων μειώνει την πυκνότητα του πολυμερούς. τα διασταυρωμένα πολυμερή οι γειτονικές πλευρικές αλυσίδες ενώνονται μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς (Εικ.1.6). Πολλά από τα ελαστικά υλικά είναι διασταυρωμένα. Τέλος, τα δικτυωμένα πολυμερή ονομάζονται έτσι εξαιτίας των τρισδιάστατων δικτύων που σχηματίζουν τα άτομα άνθρακα των ομάδων των μονομερών με τους τρεις ενεργούς ομοιοπολικούς δεσμούς που διαθέτουν Είδος των Ατόμων που συμμετέχουν στη Δομή της Κύριας Αλυσίδας Ομοαλυσωτά: Η αλυσίδα τους αποτελείται από ένα είδος ατόμων, π.χ. Α Α Α Α Α Α Ετεροαλυσωτά: Η αλυσίδα τους αποτελείται από περισσότερα είδη ατόμων, π.χ. Α Α Β Α Α Τα συνηθέστερα ετεροάτομα που λαμβάνουν μέρος στο σχηματισμό της κύριας αλυσίδας είναι Ο, S, N. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 15 από 65

16 ΠΟΛΥΜΕΡΗ Οργάνωση της Κύριας Αλυσίδας Ομιοπολυμερή (homopolymers): Τα μόρια τους αποτελούνται από ένα είδος δομικών μονάδων, π.χ. Α Α Α Α Α Α Συμπολυμερή (copolymers): Τα μόρια τους αποτελούνται από δύο (συνήθως) ή περισσότερα είδη δομικών μονάδων. Αν δύο μονομερή Α και Β πολυμεριστούν μαζί, τότε είναι δυνατές οι ακόλουθες τέσσερεις διευθετήσεις στη δομή του προκύπτοντος συμπολυμερούς: Τυπικό ή τυχαίο συμπολυμερές (random copolymer): Η διάταξη των δομικών μονάδων του είναι τυχαία και τα Ομιοπολυμερή τμήματα του μικρά, π.χ. Α Α Β Α Β Β Α Α Β Β Β Α Εναλλασσόμενο συμπολυμερές (alternating copolymer): Οι δύο δομικές μονάδες ακολουθούν κανονικά εναλλασσόμενη διάταξη, π.χ. Α Β Α Β Α Β Α Β Α Β Αδρομερές συμπολυμερές (block copolymer): Η διάταξη των δομικών μονάδων αποδίδει μόριο που αποτελείται από αδρά Ομιοπολυμερή τμήματα, π.χ. Α Α Α Α Α Α Β Β Β Β Β Β Θερμομηχανικές Ιδιότητες Με κριτήριο τη μηχανική συμπεριφορά τους κατά τη θέρμανση, τα πολυμερή κατατάσσονται σε τρεις μεγάλες κατηγορίες: ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 16 από 65

17 ΠΟΛΥΜΕΡΗ Θερμοπλαστικά Θερμοσκληραινόμενα Ελαστομερή Τα θερμοπλαστικά πολυμερή μαλακώνουν όταν θερμαίνονται και σκληραίνουν όταν ψύχονται. Οι διαδικασίες αυτές είναι αντιστρεπτές. Τα υλικά αυτά μορφοποιούνται με εφαρμογή θερμότητας και πίεσης. Τα θερμοπλαστικά είναι μαλακά και όλκιμα υλικά. Τα περισσότερα γραμμικά πολυμερή είναι θερμοπλαστικά. Τα θερμοσκληραινόμενα πολυμερή σκληραίνουν μόνιμα όταν ψύχονται, εφαρμόζεται σε αυτά τάση και δεν μαλακώνουν με θέρμανση. Είναι σκληρότερα, ισχυρότερα και πιο ψαθυρά από τα θερμοπλαστικά και διαθέτουν σταθερότητα διαστάσεων. Τα περισσότερα διασταυρωμένα και δικτυωμένα πολυμερή είναι θερμοσκληραινόμενα, όπως για παράδειγμα το καουτσούκ, οι εποξειδικές και οι πολυεστερικές ρητίνες. Τα ελαστομερή κατά τη φόρτισή τους μπορούν να υποστούν μεγάλες παραμορφώσεις και να επανέλθουν στο αρχικό τους σχήμα όταν το φορτίο σταματήσει να υφίσταται. Έχουν μικρά μέτρα ελαστικότητας ενώ η ελαστική περιοχή στην καμπύλη τάσης παραμόρφωσης δεν είναι γραμμική. Με κριτήριο την προέλευση τα πολυμερή διακρίνονται σε: Φυσικά πολυμερή Ημισυνθετικά πολυμερή Συνθετικά πολυμερή Τα φυσικά πολυμερή βρίσκονται στη φύση. Ημισυνθετικά ονομάζονται τα πολυμερή που προκύπτουν από χημική επεξεργασία φυσικών πρώτων υλών. Τα συνθετικά πολυμερή έχουν μη ανανεώσιμες πρώτες ύλες και συντίθενται χημικά. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 17 από 65

18 ΠΟΛΥΜΕΡΗ 1.6 Μηχανικές Ιδιότητες Πολυμερών Η μηχανική συμπεριφορά των πολυμερών στηρίζεται κυρίως σε δύο χαρακτηριστικά: στην ακαμψία τους, δηλαδή την αντίστασή τους στην ελαστική παραμόρφωση και στην αντοχή τους, δηλαδή την αντίστασή τους στη θραύση. Κάποιες από τις πιο σημαντικές μηχανικές ιδιότητες που απαιτούνται για τη μελέτη των πολυμερών είναι: το μέτρο ελαστικότητας Ε το όριο διαρροής η αντοχή στον εφελκυσμό η επιμήκυνση κατά τη θραύση Το μέτρο ελαστικότητας εκφράζει την ακαμψία του πολυμερούς, το όριο διαρροής εκφράζει την αντοχή του πολυμερούς μέχρι τη στιγμή που τελειώνει η ελαστική και ξεκινάει η πλαστική παραμόρφωση και η αντοχή στον εφελκυσμό εκφράζει την αντοχή του πολυμερούς μέχρι τη θραύση. Η επιμήκυνση κατά τη θραύση εκφράζει το ποσοστό επιμήκυνσης του πολυμερούς μέχρι τη στιγμή της θραύσης. Η δοκιμή του εφελκυσμού χρησιμοποιείται για την εύρεση μηχανικών ιδιοτήτων των υλικών όπως είναι η σχέση τάσης - παραμόρφωσης (σ-ε) που θεωρούνται χρήσιμες κατά το σχεδιασμό. Το μέτρο ελαστικότητας στα πολυμερή είναι αρκετά μικρότερο από αυτό των μετάλλων και αυτό οφείλεται στους δευτερεύοντες ασθενείς δεσμούς μεταξύ των αλυσίδων. 1.7 Εφαρμογές Τα πλαστικά υλικά χρησιμοποιούνται σε κάθε τομέα της καθημερινότητας του ανθρώπου, σε πλήθος εφαρμογών που ποικίλει από φθηνές εφαρμογές μιας χρήσης μέχρι εφαρμογές προηγμένων πολυμερών υλικών σε τομείς όπως η αεροναυπηγική ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 18 από 65

19 ΠΟΛΥΜΕΡΗ και η αυτοκινητοβιομηχανία. Ενδεικτικά κάποιες εφαρμογές πολυμερών αναφέρονται παρακάτω: Συγκολλητικές ύλες Συσκευασίες Είδη οικιακής χρήσης Πλαστικά χρώματα Υγροί κρύσταλλοι Ρούχα Υλικά χαμηλού συντελεστή τριβής (Τεφλόν) Λάστιχα Συνθετικά λίπη και έλαια Είδη αλιείας ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 19 από 65

20 ΠΕΤΟΝΙΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο ΠΕΤΟΝΙΕΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 20 από 65

21 ΠΕΤΟΝΙΕΣ 2. ΠΕΤΟΝΙΕΣ 2.1 Γενικά Με τον όρο αλιεία, κοινώς ψάρεμα, χαρακτηρίζεται γενικά τόσο η άγρα όσο και η τέχνη (τρόπος) της όλης δραστηριότητας, με την οποία γίνεται η σύλληψη και απόσπαση των ιχθύων και άλλων υδροβίων ζώων από τον βιότοπό τους, (θάλασσες, λίμνες, ποτάμια, ιχθυογενετικούς σταθμούς κλπ), είτε για τροφή είτε για βιομηχανικούς σκοπούς (παραγωγή ιχθυαλεύρων, ελαίων, λιπασμάτων κλπ). Η πετονιά (εικόνα 2.1) είναι το νήμα που χρησιμοποιούμε για να ψαρέψουμε. Το ψάρεμα είναι μια πανάρχαια και παγκόσμια πρακτική με ποικιλία τεχνικών και παραδόσεων που έχουν μεταμορφωθεί εν μέρει από τα σύγχρονα τεχνολογικά επιτεύγματα. Εκτός από το ότι παρέχει μια σημαντική, σε ποιότητα και σε ποσότητα, πηγή τροφής και θέσεις εργασίας, η σύγχρονη αλιεία αποτελεί επίσης μορφή ψυχαγωγίας (η ερασιτεχνική αλιεία), αλλά και επαγγελματικό σπορ. Σύμφωνα με τα στατιστικά στοιχεία του FAO ο συνολικός αριθμός των αλιέων (μαζί μ' αυτούς που ασχολούνται με τις ιχθυοκαλλιέργειες) ανέρχεται παγκοσμίως σε περίπου ανθρώπους. Αν μάλιστα προσθέσουμε και τους εργαζόμενους άμεσα ή έμμεσα συνολικά στη βιομηχανία αλιευμάτων ο αριθμός αυτών των ανθρώπων ανέρχεται πλέον στα παγκοσμίως.. Η παγκόσμια κατά κεφαλήν κατανάλωση αλιευμάτων ανέρχεται σε 14 kg το χρόνο. Εικόνα 2.1 ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 21 από 65

22 ΠΕΤΟΝΙΕΣ 2.2 Ιστορικά H εταιρία Dupont το 1938 παρουσίασε το νάιλον και το 1939 άρχισε την παραγωγή νάιλον πετονιάς. Το νάιλον είναι η βασική συνθετική ύλη στις πετονιές, ενώ υπάρχουν και άλλα χημικά μείγματα που καθορίζουν την ποιότητα και τη μορφή τους, όπως η σιλικόνη, ή το τεφλόν. To νάιλον (εικόνα 2.2) είναι συνθετικό πολυμερές σώμα, και εισήχθη στον κόσμο στις 28 Φεβρουαρίου το 1938 από τον Wallace Carothers. Το πρώτο νάιλον προϊόν ήταν ένα νάιλον νήμα οδοντόβουρτσας. Πλέον Οι νάιλον ίνες χρησιμοποιούνται τώρα για να κάνουν πολλά συνθετικά υφάσματα, και το στερεό νάιλον χρησιμοποιείται ως υλικό εφαρμοσμένης μηχανικής.. Στην προσπάθεια της, η Dupont να αυξήσει τις πωλήσεις της, παρουσίασε το 1959, ένα καινούργιο υλικό, το Stren, δημιουργώντας μεγαλύτερες αντοχές σε λεπτότερη πετονιά και λόγω των ευκολιών που προσέφερε έγινε η αγαπημένη πετονιά των ψαράδων. Αργότερα το dyneema (υλικά υψηλού μοριακού βάρους) έκανε την εμφάνιση της στην αγορά και κέρδισε σημαντικό έδαφος, λόγο της μεγάλης του ανθεκτικότητας και τον χαμηλό συντελεστή τριβής. Με τη πάροδο του χρόνου η εταιρία Kureha η όποια είναι μια θυγατρική της Seagaur παρουσίασε το fluorocarbon (πολυμερή φθορίου χημικά συγκολλημένα από καρμπόν). Εικόνα 2.2 ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 22 από 65

23 ΠΕΤΟΝΙΕΣ 2.3 Υλικό Κατασκευής Πετονιάς Παλιότερα οι πετονιές για το ψάρεμα ήταν κατασκευασμένα από φυσικές ίνες όπως το μαλλί, το λινό το βαμβάκι και το μετάξι. Αυτές έπρεπε να τις φροντίζουν πολύ τακτικά με πλύσιμο και άπλωμα για να στεγνώσουν και να μην σαπίζουν, από τότε έχουν αντικατασταθεί με καλύτερα υλικά, φτιαγμένα από τον άνθρωπο, που η αντοχή τους είναι πολύ μεγάλη. Με την πάροδο των χρόνων, η εξέλιξη της τεχνολογίας μας έχει δώσει πετονιές υψηλής ποιότητας όσον αφορά το μέγεθος και την αντοχή στην θραύση. Όπως ανέφερα παραπάνω οι πετονιές είναι κατασκευασμένες από πολυμερές νάιλον. Το νάιλον αποτελείται από την επανάληψη των μονάδων αμιδίου τα οποία είναι και συνδεμένα μεταξύ τους και αναφέρονται συχνά ως και πλουμίδια. Οι περισσότεροι τύποι νάιλον είναι πολυμερή σώματα συμπύκνωσης, αποτελούμενα από δισαμίνη και από δικαρβοξυλικό οξύ. Σήμερα πολλές πετονιές αποτελούνται από διάφορα πολυμερή όπως το πολυβινυλιδενοφθοριδίο η από πολυαιθυλένιο, το οποίο είναι δέκα φορές πιο ανθεκτικό από το ατσάλι. Για αυτό η χρήση του δεν περιορίζεται μόνο στο ψάρεμα αλλά χρησιμοποιείται στην κατασκευή πανιών για ιστιοπλοϊκά, αλεξίσφαιρων γιλέκων κ.α. Το πολυαιθυλένιο είναι ιδιαίτερα εύκαμπτο, θερμοπλαστικό με χαμηλό βάρος συνθετικής ρητίνης που παράγεται με πολυμερισμό του αιθυλενίου. Είναι το πλέον διαδεδομένο πλαστικό υλικό και χρησιμοποιείται κυρίως ως υλικό συσκευασίας (σακούλες, μεμβράνες, μπουκάλια κα). Η συντομογραφία του είναι (PE). Υπάρχουν διάφοροι τύποι PE ανάλογα με το μοριακό τους βάρος και την διακλάδωση της αλυσίδας τους, με βασικότερα το πολυαιθυλένιο χαμηλής πυκνότητας (LDPE) και το υψηλής πυκνότητας (ΗDPE). Ο πιο κοινός τύπος των υλικών αυτών είναι η μονοϊνα, όπου κατασκευάζονται από ένα μόνο σκέλος. Επίσης υπάρχουν διάφορες άλλες τυποποιημένες γραμμές μονοϊνας νάιλον οι οποίες είναι κατασκευασμένες από συμπολυμερή ή φθοράνθρακα, ή και σε συνδυασμό των δύο υλικών. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 23 από 65

24 ΠΕΤΟΝΙΕΣ Πετονιές από διάφορα Τύπου Πολυμερών Copolymer-Resin (Νάιλον Συμπολυμερές Ρετσίνι) (Εικ.2.3): Είναι μια καινούρια καινοτομία πετονιάς παραλλαγή της παραδοσιακής πετονιάς. Το συμπολυμερές ρετσίνι μας προσφέρει μεγαλύτερη ευκαμψία από τις κανονικές, μας επιτρέπει καλύτερα και μακρύτερα πετάγματα, εύκολα και πιο ακριβή. Εικόνα 2.3 Superbraid (Εικ.2.4): Αυτές οι πετονιές αντιπροσωπεύουν μια σχετική καινούρια ανάπτυξη στον τομέα των πετονιών των ψαρεμάτων και, προσφέρουν κάποια ορισμένα πλεονεκτήματα σε συγκεκριμένα σενάρια ψαρέματος. Είναι εξαιρετικά ευαίσθητα, πολύ ποιο ελαφριά, ποιο λεπτά και μεταφέρουν άνετα και άμεσα κατά το μήκος της πετονιάς τη δύναμη του ψαριού που βρίσκεται στην άλλη άκρη της πετονιάς, επίσης φεύγουν άνετα στα πετάγματα, αλλά το μειονέκτημα τους είναι πως έχουν υψηλό κόστος. Εικόνα 2.4 ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 24 από 65

25 ΠΕΤΟΝΙΕΣ Polyethylene (Πολυαιθυλένιο) (Εικ.2.5): Οι πετονιές από πολυαιθυλένιο μας προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα. Η σύνθεση, μαζί το γεγονός ότι αυτές οι πετονιές είναι χωρίς μνήμη, το κάνουν πιο εύκολο και ακριβές στο πέταγμα. Επίσης έχουν μεγάλη αντοχή και πέρα από την εξαιρετική ευκολία στο πέταγμα, οι πετονιές αυτές έχουν πολύ λίγη ελαστικότητα, και αυτό τις κάνει ιδανικές να δουλεύουν πολύ καλά ακόμα και με τεχνητά δολώματα, σε ποιο βαθιά νερά. Εικόνα 2.5 Dacron Braided (Πλεγμένο) (Εικ.2.6): Έχουν χαμηλή ελαστικότητα και μικρή διάμετρο. Χρησιμοποιούνται στην συρτή και στο ψάρεμα σε πολύ βαθιά νερά. Το γεγονός ότι το δεν έχει σχεδόν καθόλου ελαστικότητα σημαίνει επίσης ότι ακόμα και στα παράμαλλα που θα έχουν πάνω από ένα αγκίστρι, αυτά, θα κρατηθούν με μεγαλύτερη ασφάλεια ειδικά όταν υπάρχουν πολλά δεκάδες μέτρα πετονιάς έξω από την βάρκα. Το dacron, είναι αρκετά μαλακό, έχει πολύ λίγη ή καθόλου μνήμη, πράγμα που σημαίνει ότι δεν θα μείνει με σπείρες και μπερδέματα, άρα, όταν μαζεύουμε, επάνω στην μπομπίνα του μηχανισμού, θα τυλιχτεί άνετα. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 25 από 65

26 ΠΕΤΟΝΙΕΣ Εικόνα Είδη Πετονιάς Μέχρι πριν λίγα χρόνια χρησιμοποιούσαμε μια συγκεκριμένη πετονιά είτε στην θάλασσα είτε στα γλυκά νερά αλλά πλέον με την αύξηση της τεχνολογίας και την συνεχής ζήτηση ιδανικότερων αγαθών, η αγορά μας προσφέρει μια πολύ μεγάλη ποικιλία πετονιών για συγκεκριμένες εφαρμογές. Η πετονιά είναι ο πιο σημαντικός συνδετικός κρίκος ανάμεσα σε εμάς και το ψάρι. Οι σημερινές πετονιές είναι δυνατές και λεπτές, ικανές να φτάνουν σε μακρινές αποστάσεις, να μεταδίδουν την παραμικρή κίνηση, να είναι ανθεκτικές και να σταματούν ένα μεγάλο ψάρι. Μεγάλο ρόλο στην επιλογή της κατάλληλης πετονιάς παίζει το σημείο θραύσης, δηλαδή της πίεσης που χρειάζεται να ασκηθεί προκειμένου να κοπεί η πετονιά. Το σημείο θραύσης της πετονιάς που χρησιμοποιούμε ορίζεται περισσότερο από τη δύναμη του τραβήγματος, παρά από το μέγεθος του ψαριού που ενδεχομένως πιάσουμε. Πολύ μεγάλα ψάρια μπορούν να πιαστούν με λεπτή πετονιά από έμπειρους ψαράδες με πολλή υπομονή. Η λεπτή πετονιά φτάνει μακριά και βυθίζεται γρηγορότερα, ενώ αντίθετα η πιο βαριά είναι δυνατότερη και δύσκαμπτη. Όσον αφορά στο χρώμα της πετονιάς, υπάρχουν πετονιές από πολλά και διαφορετικά χρώματα και για διαφορετικές συνθήκες, υπάρχουν επίσης χρώματα που φθορίζουν, που σημαίνει ότι αυτές οι πετονιές είναι σχεδόν αόρατες στο ψάρι, τα ορατά χρώματα είναι ευκολότερο να εντοπιστούν, αλλά η καμουφλαρισμένη ή διαφανής πετονιά είναι πραγματικά αόρατη στα ψάρια. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 26 από 65

27 ΠΕΤΟΝΙΕΣ To Monofilament (Εικ.2.8) είναι ένα προϊόν μοναδικού συστατικού που παράγεται μετά από διαδικασία εξώθησης και είναι ένα πολυμερές, προϊόν επεξεργασίας ακατέργαστου πετρελαίου. Εικόνα 2.8 Το Monofilament Premium Grade (Εικ.2.9) υφίσταται τους περισσότερους ελέγχους ποιότητας, περισσότερα πρόσθετα και περισσότερη προσοχή στην τελική επεξεργασία από τις κανονικές πετονιές, όσον αφορά την αντοχή τους στη θραύση. Γι αυτό άλλωστε το και το κόστος είναι μεγαλύτερο. Εικόνα 2.9 Το Co-Filament Line (Εικ.2.10) προσθέτει περισσότερη αντοχή στην πετονιά και παράλληλα διατηρεί την ευαισθησία και τη δύναμη της. Αυτός ο σχεδιασμός πετονιάς, χρησιμοποιεί ένα εσωτερικό και ένα εξωτερικό κάλυμμα από νάιλον, που ενισχύει της δυνατότητες της, να αντέχει στο ντύσιμο και το σκίσιμο. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 27 από 65

28 ΠΕΤΟΝΙΕΣ Εικόνα 2.10 Τα Fused Line (Εικ.2.11) είναι πολλές στρώσεις μικρών νημάτων από ίνες πολυαιθυλένιο συγχωνευμένα μαζί, ώστε να δημιουργούν ένα μοναδικό πλέγμα εξαιρετικά λεπτό, με περισσότερη δύναμη και αισθητικότητα, με καλή αντοχή στη θραύση, και εύκολη στο πέταγμα. Τα καλύτερα καρφώματα ψαριών διαπιστώθηκαν ότι γίνονται με το Fused Line. Εικόνα 2.11 Τα Braided Lines (Εικ.2.12) αποτελούνται από στρώσεις νάιλον υλικού, τα τελευταία χρονιά έχει προστεθεί μια συνθετική ίνα που είναι δέκα φορές δυνατότερη από το ατσάλι και έχει χρησιμοποιηθεί στις βιομηχανίες, σε αεροδιαστημικές και στρατιωτικές εφαρμογές. Πρόκειται για πολύ δυνατή και πολύ λεπτή πετονιά. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 28 από 65

29 ΠΕΤΟΝΙΕΣ Εικόνα Πετονιές από διαφορετικά Χρώματα Δυστυχώς δεν υπάρχει κάποια τεκμηριωμένη επιστημονική μελέτη που να μας εξυπηρετεί στην επιλογή του χρώματος. Το μόνο που μπορούμε να εξετάσουμε είναι το πως βλέπει το ψάρι. Αν και το χρώμα στη ζωή του ψαριού είναι λιγότερης σημασίας απ ότι η λαμπρότητα και η κίνηση, ερευνητές αναφέρουν πως κανένα ψάρι δεν υπάρχει που να μην έχει χρωστική αντίληψη. Για τα ψάρια το πράσινο είναι το φωτεινότερο χρώμα, ενώ το κόκκινο το σκοτεινότερο χρώμα απ όλα. Τα ψάρια δείχνουν είτε να αποφεύγουν συστηματικά το κόκκινο ή να το προτιμούν αποφασιστικά. Αυτό μπορεί να οφείλεται εν μέρει στο γεγονός ότι η κόκκινη ακτινοβολία γίνεται γρήγορα αντιληπτή καθώς περνάει μέσα στο νερό και αυτό δεν είναι κάτι συνηθισμένο για το ψάρι. Το ανθρώπινο μάτι έχει 3 κώνους με φωτοϋποδοχείς. Το πιο κοντινό μοντέλο είναι το RGB. Αν τα ψάρια έχουν περισσότερους κώνους τότε μιλάμε για πολύ μεγαλύτερη χρωματική ευαισθησία. Αν τα ψάρια βλέπουν σαν τον άνθρωπο θα πρέπει να γνωρίζουμε ότι το κόκκινο, που έχει το πιο μεγάλο μήκος κύματος χρώματος, είναι συνήθως το πρώτο για να εξαφανιστεί, όντας ορατό στα μέτρα μέσα στο διαυγές νερό και μόνο σε μικρό μήκος στο σκοτεινό νερό. Μετά έρχεται το κόκκινο πορτοκάλι, το οποίο παραμένει ορατό μέχρι 12 μέτρα, κατόπιν το κίτρινο σε 21 μέτρα. Το μπλε και πράσινο είναι ορατά μέχρι στο βάθος που το φως φτάνει οριακά. Όσον αφορά τον βυθό όμως σαφώς τα πράσινα εξαφανίζονται πιο εύκολα σε πράσινους βυθούς, τα καφετιά σε καφέ και σκούρους βυθούς και τα μπλε μια γαλανή ημέρα που η θάλασσα είναι έντονα μπλε. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 29 από 65

30 ΠΕΤΟΝΙΕΣ Επίσης, στον παράγοντα του βάθους πρέπει να συνυπολογίσουμε και το γεγονός ότι όσο πιο βαθειά εισχωρεί το φως αδυνατίζει, οπότε τα χρώματα που αντέχουν σε μεγάλα βάθη μπορεί να φαίνονται, αλλά είναι αδύνατα. Η ένταση του χρώματος επίσης είναι άλλος ένας σημαντικός παράγοντας και εξαρτάται άμεσα από τις καιρικές συνθήκες που επικρατούν. Καθώς η φωτεινότητα πέφτει, η χρωματική σειρά που θα εξαφανιστεί είναι το κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε. Αν τα ψάρια έχουν δύο κώνους φωτοϋποδοχείς τότε σε κάθε περίπτωση από τους τρεις πιθανούς συνδυασμούς κάποια χρώματα εξαφανίζονται στο οπτικό τους πεδίο. Έτσι έχουμε τις εξής πιθανότητες, που μπορεί να βλέπει το ψάρι: Πράσινο Μπλε Κόκκινο Μπλε ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 30 από 65

31 ΠΕΤΟΝΙΕΣ Πράσινο Κόκκινο Αόρατη ή Χρωματιστή Πετονιά Fluorocarbon (Εικ.2.13) Είναι πετονιές από πολυμερή φθορίου χημικά συγκολλημένα καρμπόν. Τα πλεονεκτήματα αυτής της εξαιρετικής πετονιάς σε σχέση με τις άλλες είναι τα ακόλουθα: είναι πολύ κοντά στο διαθλαστικό δείκτη του νερού, άρα ουσιαστικά είναι αόρατη. Φυσικά, αυτό το στοιχείο είναι απαιτούμενο στα καθαρά νερά. Επιπλέον, έχω διαπιστώσει ότι οι ηλιακές υπεριώδεις ακτίνες δεν επηρεάζουν αυτή την πετονιά. Η πετονιά αυτή έχει επίσης ελάχιστη ελαστικότητα και το κάρφωμα των αγκιστριών είναι πιο αποτελεσματικό, δεν επιπλέει και κάνει τα δολώματα και τα τεχνητά να πέφτουν και να βυθίζονται γρηγορότερα. Δεν απορροφάει νερό όπως με αποτέλεσμα να είναι περισσότερο δυνατή. Εικόνα 2.13 ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 31 από 65

32 ΠΕΤΟΝΙΕΣ Το Moss Green (Εικ.2.14) είναι ένα χρώμα κιτρινοπράσινο μέτριο, που ταιριάζει τέλεια σε νερά περιοχών όπου υπάρχει πυκνή βλάστηση αγριόχορτου κ.α. Εικόνα 2.14 Το Clear Blue Fluorescent (Εικ.2.15) είναι το φθορίζον γαλανό χρώμα. Είναι τέλειο στο σκοτάδι, και κάτω από την επιφάνεια του νερού είναι σχεδόν αόρατο. Εικόνα 2.15 Το High Visibility Gold (Εικ.2.16) είναι το χρώμα που μπορούμε να δούμε καλύτερα σε οποιεσδήποτε συνθήκες και θεωρείτε το καλύτερο για συρτή από σκάφος. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 32 από 65

33 ΠΕΤΟΝΙΕΣ Εικόνα 2.16 Το Low Visibility (Εικ.2.17) είναι η πετονιά που ταιριάζει με τα περισσότερα νερά. Είναι καταπληκτική στη χρήση σε περιοχές όπου το ψάρι είναι πολύ καχύποπτο. Εικόνα 2.17 Το Low Visibility Clear (Εικ.2.18) είναι η ιδανικότερη πετονιά για το ψάρεμα στα καθαρά νερά. Εκτός από τη θάλασσα, είναι πολύ καλή επίσης και σε λίμνες ή σε ποτάμια. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 33 από 65

34 ΠΕΤΟΝΙΕΣ Εικόνα Διάφορα Χαρακτηριστικά της Πετονιάς Στις ετικέτες των προϊόντων θα δούμε διάφορα χαρακτηριστικά όπως: Breaking Strain. (Εικόνα 2.19) Στις ετικέτες πολλών πετονιών υπάρχει το αναγραφόμενο (breaking strain), δηλαδή επιμήκυνση θραύσης. Η αναγραφόμενη μονάδα μέτρησης, σύμφωνα με το κατασκευαστή είναι σε kg ή lb. Αυτό όμως έρχεται σε αντίθεση με τις αρχές και τις έννοιες της Μηχανολογίας, διότι με τον όρο breaking strain η αναγραφόμενη μονάδα θα έπρεπε να εκφράζετε σε ποσοστιαία αύξηση (%). Προφανώς αυτό γίνεται για εμπορικούς και διαφημιστικούς σκοπούς με στόχο την επιρροή του καταναλωτή. Η σύγχρονη πραγματικότητα δυστυχώς και η ανταγωνιστικότητα των εταιριών τις έχουν φτάσει στο σημείο να είναι ελάχιστα τα αξιόπιστα προϊόντα στο θέμα του αναγραφόμενου (breaking strain). Εικόνα 2.19 ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 34 από 65

35 ΠΕΤΟΝΙΕΣ Abrasion Resistance (Αντίσταση γδαρσίματος). Ο όρος αυτός μας ενημερώνει ότι η πετονιά έχει πολύ υψηλή αντίσταση στο κόψιμο λόγω εγκοπών στο υλικό. Οι πετονιές αυτές θα αντισταθούν στο κόψιμο σε δύσκολες συνθήκες, όπως το τρίψιμο πάνω στα βράχια, τα σκαλώματα κλπ. Στις περισσότερες ετικέτες διαβάζουμε αυτή την ένδειξη, αυτό σημαίνει ότι το προϊόν έχει τα παραπάνω χαρακτηριστικά. Σαν υποκατηγορίες έχουμε τις εξής: (tough, extreme tough ή extra tough). Το χαρακτηριστικό αυτό βοηθάει πολύ το ψάρεμα σε μεικτούς βυθούς και το γενικά το ψάρεμα από βράχια. Thin Diameter (Λεπτή διάμετρος). Η ελαφριά πετονιά με μικρή διάμετρο κάνει πολλά πράγματα. Προσφέρει στην επιθυμία του ψαρά για να ρίξει βαθύτερα, δεδομένου ότι υπάρχει λιγότερη αντίσταση και στον αέρα και στο νερό (λόγω έλλειψης εγκοπών στο υλικό). High Strength (Υψηλή δύναμη). Υποδηλώνει την ισχυρή πετονιά. Light, Limp, Supple (Ελαφριά και εύπλαστη). Είναι εύπλαστη και ξεγλιστρά από το στρόφιο. Η έρευνα δείχνει ότι μπορούν να πετάξουν ένα δόλωμα, 30% μακρύτερα απ ότι οι συμβατικές πετονιές. Αυτό το χαρακτηριστικό βοηθάει πάρα πολύ το spinning. Μπορεί σε ορισμένα προϊόντα να δούμε και τους όρους extra limp και extra thin. High Impact Resistance (Υψηλής αντίστασης). Άλλη μια πετονιά που ενισχύθηκε τεχνολογικά για περιπτώσεις δυνατής κόντρας. Αυτό το πλεονέκτημα παρέχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν πετονιές μικρότερων διαμέτρων, αποκομίζοντας τα προφανή πλεονεκτήματα, χωρίς την απώλεια δύναμης ή ελέγχου. Κάποιες ετικέτες αναγράφουν αυτό το χαρακτηριστικό. Low Spool Memory (Χαμηλή μνήμη στροφείου). Oι περισσότερες συμβατικές νάιλον πετονιές είναι τόσο δύσκαμπτες και παίρνουν το στρογγυλεμένο σχήμα του περιστροφικού μηχανισμού. Αυτό είναι γνωστό ως μνήμη στροφείων και είναι αρμόδιο για τις περισσότερες σπασμωδικές κινήσεις στο ξετύλιγμα της πετονιάς. Με την συγκεκριμένη μισινέζα, η μνήμη στροφείων μειώνεται. Με την ρίψη η πετονιά θα ανακτήσει το αρχικό της σχήμα και θα ισιώσει, ακόμα κι αν μείνει ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 35 από 65

36 ΠΕΤΟΝΙΕΣ στάσιμη στον μηχανισμό για πολύ μεγάλη περίοδο. Κανονικά αυτό το χαρακτηριστικό θα έπρεπε να αναγράφεται στις πετονιές που προορίζονται για γέμισμα του μηχανισμού. Ωστόσο σπάνια το συναντάς στις ετικέτες. Virtual Invisibility (Εικονική αορατότητα). Μέσα στο βυθό η πετονιά εξαφανίζεται. Αυτό καλείται επίδραση καθρεφτών. Επειδή η επιφάνεια της πετονιάς είναι ιδιαίτερα γυαλισμένη, ενεργεί ως καθρέφτης, που απεικονίζει το περιβάλλον της. Δεν έχει καμία σχέση αυτό το χαρακτηριστικό με τις φωτοχρωμικές πετονιές (που αλλάζουν το χρώμα τους) και τις fluorocarbon (που πλησιάζουν τον δείχτη διάθλασης του νερού). Sinking (Βυθιζόμενες πετονιές). Η φυσιολογική νάιλον πετονιά, έχει μέσο χρόνο βύθισης 45 δευτερόλεπτα. Κάποιες επεξεργασμένες νάιλον φτάνουν τα 35 δευτερόλεπτα. Κάποιες εταιρίες διαφημίζουν πετονιές που χρειάζονται 15 δευτερόλεπτα για να βυθιστούν. Along. Είναι οι πετονιές που επιπλέουν. Photochromic (φωτοχρωμική). Υποδηλώνει την πετονιά, η οποία αλλάζει χρώματα σε σχέση με τον φωτισμό. Μια καλή λύση για το ψάρεμα σε πολλά και διαφορετικά βάθη και περιβάλλοντα καθώς και τον φωτισμό ανάλογα με τις καιρικές συνθήκες. Δεν είναι αόρατη. Θεωρητικά είναι μια πετονιά χαμαιλέοντας. Low Water Absorption (Χαμηλή απορρόφηση ύδατος). Όσο η τεχνολογία εξελίσσεται, υλικά με νέα χαρακτηριστικά ξεπηδούν, αυτό το χαρακτηριστικό έχει αρχίσει να θεωρείται ένας σημαντικός παράγοντας. Οι κοινές νάιλον πετονιές έχουν απορροφητικότητα στο νερό κατά 15% μετά από 90 λεπτά χρήσης. Με αυτό το χαρακτηριστικό υποδηλώνεται η σχετικά αδιάβροχη πετονιά. High Durability (Υψηλή διάρκεια). Η ανθεκτικότητα της νάιλον πετονιάς μέσα στο νερό, αρχίζει την πτωτική της τάση από την πρώτη κιόλας χρήση της. Υπάρχουν πετονιές που εξασφαλίζουν πολύ μεγαλύτερο χρόνο ζωής. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 36 από 65

37 ANTOXH TΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο ANTOXH TΩΝ ΥΛΙΚΩΝ ` ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 37 από 65

38 ANTOXH TΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 3. ΑΝΤΟΧΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ 3.1 Γενικά Είναι γνωστό ότι, δυο δομικά στοιχεία από διαφορετικά υλικά, με ίδια γεωμετρική κατασκευή, όταν τους επιβληθούν ίσες εξωτερικές δυνάμεις, αυτά παρουσιάζουν γενικά διαφορετική συμπεριφορά. Το ένα υλικό για παράδειγμα μπορεί να αντέξει, ενώ τα άλλο να σπάσει, ή το ένα στοιχείο να παραμορφωθεί πολύ περισσότερο από το άλλο. Γίνεται έτσι αντιληπτό ότι, τα διάφορα στερεά σώματα που χρησιμοποιούμε στις κατασκευές είναι πρακτικά χρήσιμα και εξυπηρετούν το προορισμό τους, όταν αφ ενός δεν θραύονται με την επενέργεια των εξωτερικών φορτίων αλλά ανθίστανται τόσο, ώστε αφετέρου, οι αναπόφευκτες παραμορφώσεις τις να μην υπερβαίνουν κάποια όρια, τα όπια προκύπτουν από κατασκευαστικούς λόγους. Για τους παραπάνω λόγους είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε μέχρι ποιου ορίου μας επιτρέπεται να φορτίζουμε τα διάφορα υλικά, έναντι του κινδύνου θραύσης και έναντι της υπερβολικής παραμόρφωσης. Έτσι η Αντοχή των Υλικών έχει σαν αντικείμενο: I. Να προσδιορίσει τα επικίνδυνα όρια φόρτισης των διάφορων υλικών σε όλα τα είδη των καταπονήσεων και στη συνέχεα, να καθορίσει τα επιτρεπτά όρια φόρτισης για κάθε είδος φόρτισης ξεχωριστά. II. Να καθορίσει το πλέον κατάλληλο σχήμα των φορέων και στη συνεχεία να υπολογίσει τις διαστάσεις τους, έτσι ώστε αυτοί να είναι σε θέση να παραλάβουν με ασφάλεια, (έναντι του κινδύνου θραύσης αλλά και έναντι της υπερβολικής παραμόρφωσης) και συγχρόνως κατά τον οικονομικότερο δυνατό τρόπο τη φόρτιση, η οποία είναι δυνατόν να προέρχεται: α ) Από εξωτερικές δυνάμεις, τις οποίες προορίζονται να υποβαστάξουν και οι οποίες οφείλονται σε μόνιμα η σε κινητά φόρτια. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 38 από 65

39 ANTOXH TΩΝ ΥΛΙΚΩΝ β') Από καταπονήσεις που προέρχονται από θερμοκρασιακές μεταβολές ή από υποχωρήσεις στηρίξεων ή από αυτεντατικές καταστάσεις λόγο κατασκευαστικής ατέλειας. γ ) Από το ίδιο το βάρος του φορέα ή της κατασκευής. iii. Να υπολογίσει το μέγιστο δυνατό φορτίο το οποίο μπορεί με ασφάλεια να αναλάβει ένας φορέας ή μια κατασκευή και να ελέγξει, κατά ποσό οι προσκληθείσες παραμορφώσεις βρίσκονται εντός των ορίων. Αντοχή Υλικών είναι η επιστήμη που υποδεικνύει αναλυτικές μεθόδους για τον υπολογισμό της αντοχής της ακαμψίας, και της ευστάθειας των μελών μιας κατασκευής, με γνώμονα το κόστος να είναι τα ελάχιστο δυνατό. 3.2 Οι Δοκιμές Αντοχής των Υλικών Για τις σωστές επιλογές των υλικών κατασκευής τεχνολογικών εφαρμογών πρέπει να λαμβάνονται υπόψη πολλοί παράγοντες, σχετικοί με τις συνθήκες λειτουργίας τους, με βάση τους οποίους θα καθοριστούν ο τύπος του υλικού και οι διαστάσεις του. Σε κάθε περίπτωση είναι απαραίτητο να ικανοποιούνται δύο πολύ βασικές αρχές: Η επιλογή πρέπει να εξασφαλίζει ασφαλή λειτουργία. Η κατασκευή πρέπει να είναι οικονομική. Οι υπολογισμοί αυτοί είναι ουσιαστικά εφαρμογές της Αντοχής των Υλικών και προϋποθέτουν: τη σωστή εκτίμηση της καταπόνησης που υφίσταται το εξάρτημα κατά τη λειτουργία του (ως προς το είδος και το μέγεθος). τη γνώση των τεχνικών χαρακτηριστικών του υλικού. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 39 από 65

40 ANTOXH TΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Συνηθισμένες καταπονήσεις είναι: Ο Εφελκυσμός Η Διάτμηση Η Θλίψη Ο Λυγισμός Η Κάμψη Η Στρέψη Στον εφελκυσμό και τη θλίψη το αίτιο καταπόνησης είναι η δύναμη (φορτίο) που ασκείται στο δοκίμιο, και δημιουργεί κυρίως ορθές τάσεις (κάθετες στις διατομές). Στην μελέτη που ακολουθεί, θα ασχοληθούμε μόνο με τις καταπονήσεις εφελκυσμού. 3.3 Εφελκυσμός Η δοκιμή του εφελκυσμού είναι η συνηθέστερη μηχανική δοκιμή. Συνίσταται στην υποβολή δοκιμίου, του προς χαρακτηρισμό υλικού, σε εφελκυστική καταπόνηση κατά τη διάρκεια της οποίας καταγράφεται η προκαλούμενη επιμήκυνση (Δl). Εφελκυσμός (Εικ.3.1) ονομάζεται η καταπόνηση δοκιμίου, όταν οι εφαρμοζόμενες δυνάμεις, που είναι ίσες και αντίθετες, ενεργούν κατά μήκος του άξονα του δοκιμίου, τείνουν δε να αυξήσουν το μήκος του. Θλίψη (εικόνα 3.1) ονομάζεται η αντίθετη του εφελκυσμού καταπόνηση, δηλαδή όταν οι ίσες και αντίθετες δυνάμεις τείνουν να ελαττώσουν το μήκος του δοκιμίου. Το μηχάνημα εφελκυσμού είναι κατασκευασμένο έτσι ώστε, να προκαλεί την επιμήκυνση του υλικού από μια δύναμη, να μετράει το φορτίο που εφαρμόζεται στο υλικό, καθώς επίσης και τις προκαλούμενες επιμηκύνσεις. Η δοκιμασία εφελκυσμού διαρκεί μικρό χρόνο και είναι καταστρεπτική, εφόσον το υλικό παραμορφώνεται μόνιμα και σπάει. Το εφαρμοζόμενο φορτίο και η ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 40 από 65

41 ANTOXH TΩΝ ΥΛΙΚΩΝ αντίστοιχη επιμήκυνση καταγράφονται και σχεδιάζεται η λεγόμενη καμπύλη τάσης εφελκυσμού-ειδικής επιμήκυνσης. Τα δοκίμια εφελκυσμού είναι συνήθως ράβδοι κυκλικής διατομής ή ελάσματα τυποποιημένων διαστάσεων ή πολυμερή υλικά. ΔΟΚΙΜΙΟ ΣΕ ΕΦΕΛΚΥΣΜΟ ΔΟΚΙΜΙΟ ΣΕ ΘΛΙΨΗ Εικόνα Συμπεριφορά των Υλικών Παρακάτω αναφέρονται περιληπτικά ορισμένα χαρακτηριστικά των υλικών, όταν αυτά υποβάλλονται σε εφελκυσμό ή θλίψη. Γίνεται διαχωρισμός της συμπεριφοράς τους σε δυο περιοχές μελέτης με διαφορετικά χαρακτηριστικά. Αρχικά, για μικρά φορτία, οι αλλαγές των διαστάσεων είναι μικρές και μη μόνιμες και σε αυτές τις συνθήκες εξετάζουμε την ελαστική περιοχή του υλικού. Καθώς όμως τα φορτία αυξάνονται, οι αλλαγές των διαστάσεων τώρα περιέχουν και ένα μέρος μόνιμης παραμόρφωσης και τα χαρακτηριστικά αντοχής του υλικού αλλάζουν. Σε αυτές τις συνθήκες εξετάζουμε την πλαστική περιοχή του υλικού. Στη συνέχεια αναφέρονται περισσότερα για τις δυο αυτές περιοχές μελέτης των υλικών. Ο παραπάνω διαχωρισμός γίνεται για να διευκολύνει τη μελέτη της συμπεριφοράς των υλικών. Άλλωστε στα περισσότερα υλικά η μετάβαση από την ελαστική περιοχή στην πλαστική είναι σταδιακή και δεν υπάρχουν σαφή όρια διαχωρισμού τους. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 41 από 65

42 ANTOXH TΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Στην εργαστηριακή δοκιμή του εφελκυσμού ή της θλίψης τα φορτία συνήθως εφαρμόζονται συνεχόμενα, ανεξάρτητα από την περιοχή του υλικού ώστε να προκύψει το, χαρακτηριστικό για κάθε υλικό, διάγραμμα φορτίου επιμήκυνσης Ελαστική Συμπεριφορά των Υλικών Όταν οι ασκούμενες τάσεις είναι μικρότερες από κάποια οριακή τιμή (η οποία είναι χαρακτηριστική για κάθε υλικό και ονομάζεται όριο ελαστικότητας) τότε οι παραμορφώσεις που αναπτύσσονται, εξαλείφονται με την αφαίρεση των τάσεων που τις προκαλούν. Αύτη η συμπεριφορά χαρακτηρίζεται ως ελαστική χαρακτηρίζεται η προσωρινή παραμόρφωση που αναιρείται τελείως όταν πάψει να υπάρχει η αιτία (το φορτίο) που την προκάλεσε, το δε δοκίμιο επανέρχεται στην αρχική του κατάσταση. Οι ελαστικές ιδιότητες των υλικών καθορίζονται κυρίως από τους χημικούς δεσμούς μεταξύ των βασικών δομικών μονάδων τους (πχ άτομα, μόρια, ιόντα, μακρομόρια) και από τη δομή τους. Η ελαστικότητα καθορίζει την δυσκαμψία των υλικών και αποτελεί βασική παράμετρο κατά την επιλογή τους για μια τεχνολογική εφαρμογή. Ορισμός της Τάσης Μια ράβδος καταπονείται σε εφελκυσμό όταν στα άκρα της ασκούνται 2 δυνάμεις ίσες κατά μέτρο και αντιθέτου φοράς. Οι δύο αυτές δυνάμεις τείνουν να επιμηκύνουν τη ράβδο ή και να την κόψουν σε 2 κομμάτια. Λόγω των εξωτερικών δυνάμεων F που ασκούνται στη ράβδο αναπτύσσονται αντιδράσεις στο εσωτερικό της μάζας του υλικού. Οι αντιδράσεις αυτές στο εσωτερικό της ράβδου έχουν τη μορφή πίεσης η οποία είναι ανάλογη της εξωτερικής δύναμης F και αντιστρόφως ανάλογη της επιφάνειας Α στην οποία η δύναμη αυτή κατανέμεται. Έτσι ορίζουμε την τάση σ που αναπτύσσεται στο εσωτερικό μιας θλιβόμενης ή εφελκυόμενης ράβδου, ως το λόγο της δύναμης προς την επιφάνεια επί της οποίας ασκείται. Η τάση συμβολίζεται με (σ ) και η μονάδα μέτρησης της είναι (Nt/mm2) απεικονίζει την ένταση της δρώσας δύναμης σε κάθε σημείο του σώματος και ορίζεται ως: ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 42 από 65

43 ANTOXH TΩΝ ΥΛΙΚΩΝ σ = F A H δύναμη εφελκυσμού συμβολίζεται με F και η μονάδα μέτρησης σε (kn, Ν, kg), ενώ το αρχικό εμβαδό της διατομής του δοκιμίου συμβολίζεται σε A και η μονάδα μέτρησης (mm²). Σε περίπτωση οπού το εμβαδό της διατομής είναι κυλινδρικό ορίζεται ως: Α= π D2 4 D Όπου π (3,14) και D η διάμετρος Ορισμός της Ειδικής Επιμήκυνσης Οι δυνάμεις που επιδρούν σ ένα σώμα μπορεί να είναι στατικές ή δυναμικές ανάλογα με τον τρόπο εφαρμογής τους. Οι στατικές δυνάμεις (τάσεις) παραμένουν σταθερές ή αλλάζουν αργά χωρίς να παρουσιάζουν κάποια επαναλαμβανόμενα χαρακτηριστικά. Οι δυναμικές φορτίσεις μπορεί να είναι κρουστικές, εναλλασσόμενες κλπ. Για τη μελέτη της ελαστικότητας των υλικών χρησιμοποιούνται συνήθως στατικές τάσεις. Στον εφελκυσμό και τη θλίψη το αίτιο καταπόνησης του υλικού είναι η δύναμη (φορτίο) που ασκείται στο δοκίμιο, και δημιουργεί κυρίως ορθές τάσεις (κάθετες στις διατομές). Η αλλαγή των διαστάσεων ενός σώματος λόγω επίδρασης τάσης ονομάζεται ειδική επιμήκυνση και συμβολίζεται με (ε). Η μηχανική παραμόρφωση, ε, ή ειδική επιμήκυνση ορίζεται ως: ε = Δl lο (αδιάστατο μέγεθος). όπου lο το αρχικό (μηδενική τάση) μήκος του δοκιμίου σε (mm,cm,m) και ΔL η μεταβολή του μήκους σε (mm,cm,m). Η τάση εφελκυσμού ή θλίψης προκαλεί ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 43 από 65

44 ANTOXH TΩΝ ΥΛΙΚΩΝ επίσης παραμόρφωση (αλλαγή των αρχικών διαστάσεων της διατομής, - μείωση στον εφελκυσμό, αύξηση στη θλίψη) κάθετα προς τη διεύθυνση εφαρμογής της. Ορισμός του Μέτρου Ελαστικότητας Ο βαθμός παραμόρφωσης της δομής ενός υλικού εξαρτάται από το μέγεθος της εφαρμοζόμενης τάσης. Τα περισσότερα υλικά όταν υποβάλλονται σε μονοαξονικό εφελκυσμό ή θλίψη, σε χαμηλές σχετικά τάσεις η παραμόρφωση που εμφανίζουν είναι ανάλογη της τάσης η οποία την προκαλεί. Η αναλογικότητα αυτή ορίζεται ως: σ = Ε ε ή Ε= σ/ε Η οποία και αποτελεί το νόμο του Hooke. Ο συντελεστής αναλογίας (Ε) ονομάζεται και μέτρο ελαστικότητας ή σταθερά του Young και (ε) η ειδική επιμήκυνση. H παραμόρφωση για την οποία ισχύει ο νόμος του Ηοοke ονομάζεται ελαστική παραμόρφωση. Η γραφική απεικόνιση στο διάγραμμα τάσης παραμόρφωσης, για τιμές στην ελαστική περιοχή δίνει ευθεία γραμμή η κλίση της οποίας αντιστοιχεί στο μέτρο ελαστικότητας Ε. (Διάγραμμα 3.2) Διάγραμμα 3.2 ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 44 από 65

45 ANTOXH TΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Πλαστική Συμπεριφορά των Υλικών Πολλά υλικά όταν καταπονούνται μηχανικά σε τάση η οποία είναι μεγαλύτερη από μια μέγιστη τιμή, χαρακτηριστική για κάθε υλικό, παρουσιάζουν μόνιμη ή μη αντιστρεπτή παραμόρφωση. Η μόνιμη αυτή παραμόρφωση ονομάζεται πλαστική και είναι αποτέλεσμα μόνιμης μετατόπισης ατόμων ή μορίων στη δομή του υλικού. Η μετατόπιση των δομικών μονάδων συνεπάγεται τη διάσπαση των δεσμών που έχουν οι μονάδες αυτές στην αρχική τους θέση και το σχηματισμό νέων δεσμών στη νέα τους θέση. Η πλαστική περιοχή είναι το μη γραμμικό τμήμα της καμπύλης και αρχίζει μόλις η ολική τάση υπερβεί το όριο ελαστικότητας. Διάγραμμα Τάσης Παραμόρφωσης Η μετάπτωση των περισσότερων υλικών από την ελαστική, στην πλαστική περιοχή είναι σταδιακή. Η απεικόνιση των δεδομένων τάσης παραμόρφωσης από πείραμα εφελκυσμού δείχνει μια μεταβολή της κλίσης μετά από το αρχικό ευθύγραμμο τμήμα της καμπύλης το οποίο αντιστοιχεί στην ελαστική περιοχή (νόμος Hooke). Στο (διάγραμμα 3.3) απεικονίζεται μια τυπική καμπύλη τάσης παραμόρφωσης. Η μεταβολή της κλίσης υποδηλώνει την έναρξη της πλαστικής περιοχής. Το οριακό σημείο Α στο οποίο τελειώνει η ελαστική περιοχή ονομάζεται όριο αναλογίας και σε πολλά υλικά δεν μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια λόγω της σταδιακής μετάπτωσης από την ελαστική στην πλαστική περιοχή. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιείται μια συμβατική μέθοδος προσδιορισμού του σημείου μετάπτωσης. Κατασκευάζεται ευθεία γραμμή (με κόκκινο χρώμα στο διάγραμμα 3.4) παράλληλη με το ευθύγραμμο τμήμα της καμπύλης ΟΑ, που αντιστοιχεί σε ορισμένη τιμή παραμόρφωσης (π.χ.: 0,2%). Η γραμμή αυτή τέμνει την καμπύλη στο σημείο Δ το οποίο ονομάζεται σημείο διαρροής και είναι το σημείο έναρξης της πλαστικής περιοχής. Η τάση σ που αντιστοιχεί στο σημείο που το υλικό εισέρχεται στην πλαστική περιοχή δηλαδή παρουσιάζει μόνιμη παραμόρφωση ονομάζεται αντοχή παραμόρφωσης. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 45 από 65

46 ANTOXH TΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Διάγραμμα Όριο αναλογίας Μετά την είσοδο του υλικού στην πλαστική περιοχή η απαραίτητη τάση για να συνεχιστεί η πλαστική παραμόρφωση αυξάνεται μέχρι τη μέγιστη τιμή η οποία αντιστοιχεί στο σημείο Θ, το οποίο ονομάζεται όριο θραύσης. Η μέγιστη τάση σ στην οποία αντέχει το υλικό πριν από τη θραύση του ονομάζεται αντοχή εφελκυσμού. Η πλαστική παραμόρφωση που αντιστοιχεί στην περιοχή ΑΘ της καμπύλης κατανέμεται ομοιόμορφα στο δοκίμιο. Από το σημείο Θ αρχίζει η διαδικασία δημιουργίας λαιμού. Το υλικό διαρρέει ταχύτατα με ταυτόχρονη μείωση της τάσης (τμήμα ΘΣ της καμπύλης). Το σημείο Σ ονομάζεται σημείο θραύσης και αντιστοιχεί στην τάση θραύσης η οποία είναι σημαντικά χαμηλότερη από την αντοχή εφελκυσμού. ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΙΔΗΣ ΒΛΑΔΙΜΗΡΟΣ Σελίδα 46 από 65