Yüksek yoğunluklu polietilenin viskoelastik özelliklerinin deneysel incelenmesi
Experimental analysis of viscoelastic properties of high density polyethylene
Yazar: OZAN ÇELİKKAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. İ. MEHMET PALABIYIK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Viskoelastik davranış = Viscoelastic behavior ; Çekme deneyi = Tensile experiment

Özet:
PE, boru üretim endüstrisinde yaygın olarak kullanılan bir hammaddedir. Korozif şartlara karşı direnç, toprak altında kullanmak için yeterli dayanım ve kolay montaj edilebilmesi sayesinde altyapı sistemlerinde, akışkanların toprak altında taşınmasında önemli bir yere sahiptir. Bunun dışında, plastik boruların mekanik özelliklerinin beton ve çelik gibi geleneksel malzemelerinden karmaşık olduğu iyi bilinir. Borunun toprak altında yüklendiğinde göstereceği davranış malzemenin mekanik davranışıyla ilişkilidir.YYPE malzeme zamana bağlı davranış göstermektedir. Bu çalışmada, YYPE malzemenin viskoelastik davranışlarını tanımlamak üzere iki farklı sürünme deneyi yapılmıştır. Deneylerden ilki, YYPE malzemenin lineer, non-lineer bölgesini belirlemek için yapılan çekme sürünmesi deneyleridir. Kaşık tipi numune sabit yük altında 24 saat boyunca çekme gerilmesine maruz bırakılmıştır. Uygulanan gerilmeler 2 MPa ile 9.3 MPa arasında değişen 7 farklı değerdedir. Deformasyonun çoğu ilk 1000 sn'de meydana gelmiş daha sonrasında ya çok az ya da hiç değişim olmamıştır. Birincil ve ikincil sürünme bölgesi gözlemlenmiş. Ancak üçüncül sürünme bölgesine geçiş gözlemlenmemiştir. Meydana gelen maksimum yüzde uzama en büyük gerilme seviyesinde test sonunda %5 civarındadır. Uygulanan gerilme değerinin artmasıyla birim uzama değeri de artmaktadır. Numune yaklaşık 6.1 MPa gerilme seviyesinden sonra lineer viskoelastik davranıştan non-lineer viskoelastik davranışa geçmiştir.Deneylerden ikincisi ise eğme sürünmesi deneyidir. Bu deney, plastik boruların halka rijitliğinin belirlenmesi için gerekli olan malzemenin eğme sürünmesi modülünü bulmaya yönelik bir ön çalışmadır. Malzemenin modülü, üç nokta eğme testiyle sabit yük altında 24 saat sonunda numune üzerinde oluşan toplam çökme değerinden elde edilmiştir. Uygulanan eğilme gerilmesi seviyesi arttıkça meydana gelen çökmede artmıştır. Çökmenin çoğu ilk 1000 sn'de meydana gelmiş, daha sonrasında yavaşlayarak artmaya devam etmiştir. Oluşan maksimum yüzde uzama yaklaşık %2 civarındadır. Malzemenin 8MPa gerilme seviyesine kadar olan davranışı lineer viskoelastik karakterdedir. Malzemenin modülü, çökmenin değerinin hızlı bir şekilde arttığı zaman aralığında hızlıca düşmüş ve 24 saatlik deney sonuna doğru, farklı gerilmeler için eğilme modülleri birbirine yakın değerlere düşmüştür. Boruların halka rijitliğinin tespiti için yapılan bu ön çalışmada PE100 malzemenin 2 MPa`lık eğme gerilmesi altında elde edilen eğme modülü değeri istenen seviyededir.

Abstract:
PE has been widely used in piping manufacturing industry as a raw material. Due to resistance against corrosive environment, adequate strength for usage in underground and easy installation, it has an important place in fluid transfer for infrastructure systems. Furthermore, It is well known that the mechanical properties of plastic pipes is more complicated than traditional materials as concrete and steel. How the pipe behaves underground when it is loaded is related with the mechanical behaviour of material.HDPE material exhibits time-dependent behaviour. In this work, to identify viscoelastic behaviour of HDPE material, two type of creep experiment has been performed. The first of experiments is tensile creep experiment which is done to characterize linear, non-linear region. Dog-bone type specimen was subjected to tensile stress for 24 hours under constant load. Applied stresses are seven different value changing between 2 MPa and 9.3 MPa. The large of deformation occured within the first 1000 seconds and then either very little or none deformation observed. Primary and secondary creep stage have been observed. However, tertiary creep stage has not been observed. At highest stress level, maximum strain per cent was roughly 5% at the end of the experiment. With increasing in applied stress, strain increases. After reaching about 6.1 MPa stress level, specimen passes from linear viscoelastic response to non-linear viscoelastic response.The second of experiments is flexural creep experiment. This experiment is an preliminary work aiming at flexural creep modulus which is necessary to define the stiffness of plastic pipe. Modulus of the material has been obtained from total deflection value at the end of 24 hours by using three point bending experiment under constant load. Deflection increases with increasing in applied flexural stress level. The large of deflection occured within in first 1000 seconds, after that, continued to increase slowly. Maximum strain per cent occured was about 2%. Material exhibited linear viscoelastic response to 8 MPa stress level. Modulus of material decreased while deflection value was rapidly increasing, and then toward the end of experiment for 24 hours, flexural modulus closed to each other for different stress level. In this preliminary work which was done to define the ring stiffness of pipe, under 2 MPa stress level for PE100, flexural modulus value that has been obtained is desired level.