Độ Giãn Dài Khi Đứt Là Gì và Hoạt Động Thế Nào?

Độ giãn dài khi đứt là gì?

Là tỷ lệ phần trăm tăng lên của chiều dài ban đầu của một vật liệu khi chịu tác dụng của lực kéo cho đến khi nó gãy, đứt hoặc nứt. Giá trị này thể hiện sự khác biệt giữa chiều dài ban đầu và chiều dài cuối cùng của vật liệu khi bị kéo căng.

Độ giãn dài khi đứt giúp xác định khả năng biến dạng của vật liệu trước khi chúng mất chức năng hoặc trở nên nguy hiểm. Điều này đặc biệt quan trọng với các vật liệu như nhựa, kim loại và vải, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền, an toàn và hiệu suất của sản phẩm.

Công Thức Tính Độ Giãn Dài Khi Đứt

Độ giãn dài khi đứt (%) = [(Chiều dài sau khi đứt – Chiều dài ban đầu) / Chiều dài ban đầu] x 100%

hay viết ngắn gọn: ε = (ΔL / L₀) x 100%

Ý nghĩa

Khả năng biến dạng: Cho biết vật liệu có thể kéo dài bao nhiêu trước khi bị hỏng.
Độ dẻo dai: Vật liệu có độ giãn dài cao thường có độ dẻo dai tốt, có khả năng chịu được biến dạng lớn trước khi bị gãy.
Ứng dụng: Được sử dụng để đánh giá chất lượng và lựa chọn vật liệu phù hợp cho các ứng dụng khác nhau.

Vì sao độ giãn dài khi đứt quan trọng?

• Đảm bảo an toàn: Đối với các sản phẩm chịu tải trọng, độ giãn dài giúp đảm bảo sản phẩm không bị đứt gãy đột ngột gây nguy hiểm.
• Nâng cao hiệu suất: Đối với các sản phẩm yêu cầu độ đàn hồi, độ giãn dài giúp sản phẩm có khả năng phục hồi hình dạng ban đầu sau khi chịu tác dụng lực.
• Lựa chọn vật liệu: Giúp kỹ sư và nhà thiết kế lựa chọn vật liệu phù hợp với yêu cầu của sản phẩm.

Ví dụ:

• Cao su: Có độ giãn dài rất cao, giúp làm nên các sản phẩm đàn hồi như lốp xe, dây chun.
• Thép: Có độ giãn dài thấp hơn, thường dùng để làm các cấu kiện chịu lực như dầm, cột.

Các bước tính toán

1. Đo chiều dài ban đầu của vật liệu.
2. Tiến hành thử nghiệm kéo (tensile test).
3. Đo chiều dài cuối cùng của vật liệu khi nó đứt.
4. Áp dụng công thức để tính tỷ lệ phần trăm.

Ví dụ: Nếu một sợi dây cao su có chiều dài ban đầu là 10 cm, sau khi kéo căng đến giới hạn thì đứt tại vị trí có chiều dài 15 cm.

• Chiều dài ban đầu: 10 mm.
• Chiều dài khi đứt: 15 mm.

Vậy độ giãn dài khi đứt của sợi dây là: Độ giãn dài khi đứt (ε) = [(15 cm – 10 cm) / 10 cm] x 100% = 50%

Biểu đồ dưới đây minh họa cách xác định độ giãn dài khi đứt từ đường cong ứng suất-biến dạng (stress-strain curve):

Biểu đồ ứng suất biến dạng

Ví dụ về giá trị độ giãn dài khi đứt của các vật liệu in 3D

Độ giãn dài khi đứt là một chỉ số quan trọng để kiểm tra khả năng chịu kéo và độ bền của vật liệu in 3D. Sau đây là các giá trị độ giãn dài khi đứt của các vật liệu in 3D phổ biến:

• PLA: 5–10%
• ABS: 5–50%
• PETG: 58–110%
• TPU: 400–700%
• Nylon: 5–120%

Các vật liệu có thể thử độ giãn dài khi đứt

Độ giãn dài khi đứt là một thông số quan trọng để đánh giá khả năng biến dạng của vật liệu trước khi bị đứt. Các yếu tố như loại vật liệu, nhiệt độ, tốc độ kéo và độ ẩm có thể ảnh hưởng đến chỉ số này.

Một số vật liệu thường được kiểm tra độ giãn dài khi đứt bao gồm:

Thép: Thường được sử dụng trong xây dựng và chế tạo ô tô. Độ giãn dài của thép phụ thuộc vào loại thép và quá trình xử lý, thường nằm trong khoảng 10% đến 20%.
Vải: Độ giãn dài của vải ảnh hưởng trực tiếp đến cảm giác và độ bền của sản phẩm. Ví dụ, vải cotton thường có độ giãn dài từ 4-8%, trong khi polyester có thể lên đến 50% hoặc cao hơn.
Kim loại và hợp kim: Các kim loại như nhôm, đồng và hợp kim của chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Độ giãn dài của chúng phụ thuộc vào thành phần hóa học và cấu trúc vi mô.
Polyme: Nhựa PVC, polystyrene và Teflon là những ví dụ điển hình. Độ giãn dài của polyme rất đa dạng và phụ thuộc vào loại polyme và các chất phụ gia.
Cao su: Cao su tự nhiên và cao su tổng hợp có độ giãn dài rất cao, giúp chúng được ứng dụng trong nhiều sản phẩm như lốp xe, dây đai truyền động.
Phương pháp thử nghiệm độ giãn dài thường được thực hiện theo các tiêu chuẩn quốc tế như ASTM D638.

Việc xác định độ giãn dài khi đứt giúp các kỹ sư và nhà thiết kế lựa chọn vật liệu phù hợp cho các ứng dụng khác nhau, đảm bảo sản phẩm có độ bền và độ tin cậy cao.

Các nguyên nhân ảnh hưởng đến độ giãn dài khi đứt

Một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến độ giãn dài khi đứt của vật liệu bao gồm:

• Nhiệt độ: Nhiệt độ cao thường làm giảm độ giãn dài khi đứt của hầu hết các vật liệu. Tuy nhiên, có một số trường hợp ngoại lệ, ví dụ như cao su.
• Tốc độ thử nghiệm: Khi lực kéo được áp dụng từ từ, vật liệu thường có thể kéo dài hơn trước khi bị đứt. Ngược lại, tốc độ kéo nhanh có thể làm giảm độ giãn dài.
• Thành phần composite: Thành phần và lượng chất độn trong vật liệu composite có ảnh hưởng lớn đến độ giãn dài. Chất độn thường làm giảm độ giãn dài của vật liệu.
• Hướng sợi: Hướng sợi trong vật liệu composite ảnh hưởng đáng kể đến độ giãn dài. Độ giãn dài thường cao hơn theo hướng của sợi.
• Độ ẩm: Độ ẩm có thể làm giảm độ bền kéo và độ giãn dài của một số loại vật liệu, đặc biệt là các vật liệu tự nhiên.
• Kích thước mẫu thử: Kích thước và hình dạng của mẫu thử cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.
• Cấu trúc vi mô: Cấu trúc vi mô của vật liệu, chẳng hạn như kích thước hạt, khuyết tật, ảnh hưởng đến khả năng biến dạng và độ bền của vật liệu.
• Các yếu tố trên tác động phức tạp lên nhau và cùng nhau quyết định độ giãn dài khi đứt của một vật liệu cụ thể.

Tiêu chuẩn thử nghiệm về độ giãn dài phổ biến

Một số tiêu chuẩn thử nghiệm phổ biến để xác định độ giãn dài khi đứt của vật liệu là:

• ISO 527-½ – Xác định tính chất kéo của nhựa
• ASTM D882 – Phương pháp thử tiêu chuẩn cho tính chất kéo của tấm nhựa mỏng
• ISO 37:2017 – Cao su, lưu hóa hoặc nhiệt dẻo – Xác định tính chất căng kéo
• ASTM D638 – Phương pháp thử tiêu chuẩn cho tính chất kéo của nhựa