Độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu cản xạ
Giá trị độ bền kéo đứt và độ dãn dài khi đứt của vật liệu cản xạ đƣợc xác định theo công thức (2.5), (2.6) và đƣợc trình bày chi tiết tại Bảng 3.21, 3.22.
Bảng 3.21 – Bảng xác định độ bền kéo và dãn đứt theo hƣớng dọc Mẫu E (MPa) Fm (N) TS (MPa) Lb (mm) Eb (%) 1 0.560 11.274 5.637 30.8 154.00 2 2.604 10.753 5.377 30.27 151.35 3 0.541 11.088 5.544 32.63 163.15 4 0.543 11.574 5.876 34.79 173.95 5 0.559 11.264 5.632 33.28 166.40 TB 0.962 11.227 5.613 32.354 161.77
Bảng 3.22 – Bảng xác định độ bền kéo và dãn đứt theo hƣớng ngang
Mẫu thử E (MPa) Fm (N) TS (MPa) Lb (mm) Eb (%) 1 0.631 7.878 3.939 31.88 159.40 2 0.531 7.483 3.742 30.07 150.35 3 1.707 8.610 4.305 30.89 154.45 4 0.805 7.809 3.905 31.8 159.00 5 1.143 8.061 4.031 29.29 146.45 TB 0.964 7.928 3.984 30.786 153.93 Độ cứng
Kết quả giá trị đo độ cứng của vật liệu cản xạ đƣợc trình bày chi tiết tại Bảng 3.23.
Bảng 3.23 - Bảng giá trị độ cứng của vật liệu cản xạ Mẫu Vị trí TB 1 2 3 4 5 Độ cứng (SoA) 1 72 75 75 74 73 73.8 2 72 74 75 74 73 73.6 3 71 74 74 75 74 73.6 TB 73.67 3.2. Bàn luận
3.2.1. Mức độ an toàn của trang bị bảo hộ cản xạ
Hiệu quả cản xạ của vật liệu
Hiệu quả cản xạ chùm tia hẹp, chùm tia rộng ở mức điện áp 80kV và 100kV 84 86 88 90 92 94 96 Rộng Hẹp Hình học chùm tia H iệ u qu ả cả n xạ ( % )
Hình 3.1 - Hiệu quả cản xạ chùm tia hẹp, chùm tia rộng ở mức điện áp 80 kV và 100 kV
Biểu đồ Hình 3.1 chỉ ra hiệu quả cản xạ chùm tia rộng, chùm tia hẹp của vật liệu ở hai mức điện áp 80 kV và 100 kV. Theo biểu đồ Hình 3.1, khả năng cản xạ của vật liệu đối với chùm tia rộng và chùm tia hẹp ở cả hai mức điện áp đều không cao (94.32% ở điện áp 80 kV và 93.19% ở điện áp 100 kV với chùm tia rộng, 93.27% ở điện áp 80 kV và 88.44% ở điện áp 100 kV với chùm tia hẹp). Khi điện áp tăng thì hiệu quả cản xạ của vật liệu với cả hai chùm tia đều có xu hƣớng giảm.
Mức độ biến thiên hiệu quả cản xạ chùm tia rộng, chùm tia hẹp tại hai mức điện áp 80kV và 100kV 84 86 88 90 92 94 96 80 100 Chùm tia hẹp chùm tia rộng
Hình 3.2 - Mức độ biến thiên hiệu quả cản xạ chùm tia rộng, chùm tia hẹp của vật liệu ở hai mức điện áp 80 kV và 100 kV
Đồ thị Hình 3.2 chỉ ra hiệu quả cản xạ của vật liệu với chùm tia rộng cao hơn hiệu quả cản xạ với chùm tia hẹp (1.19% ở điện áp 80 kV, 5.18% ở điện áp 100 kV). Khi điện áp tăng thì đƣờng biến thiên hiệu quả cản xạ với chùm tia hẹp giảm dốc hơn nhiều so với đƣờng biến thiên hiệu quả cản xạ chùm tia hẹp của vật liệu.
Đối với chùm tia hẹp, cƣờng độ bức xạ suy giảm theo quy luật hàm số mũ d
e 0
d I
I [2]. Đối với chùm tia rộng, cƣờng độ bức xạ sẽ suy giảm theo quy
luật hàm số mũ d
d BI e
I 0 [2]. Nhƣ vậy khả năng cản xạ của vật liệu không chỉ phụ thuộc vào hệ số làm yếu cƣờng độ bức xạ μ mà còn phụ thuộc vào hệ số tích luỹ B. μ phụ thuộc vào loại vật liệu cản xạ và điện áp; B phụ thuộc vào bố trí hình học của chùm tia, hình dáng vật liệu cản xạ, loại vật liệu cản xạ và điện áp [2]. Ở đây khi ta tăng kích thƣớc chiếu chùm tia và tăng điện áp thì dẫn đến hệ số tích luỹ B tăng. Hệ số tích lũy B gắn liền với sự có mặt của những tia tán xạ trong quá trình chiếu tia, số lƣợng tia tán xạ tăng dẫn đến B tăng. Tia tán xạ có năng lƣợng thấp hơn tia truyền thẳng do đó khi bố trí hình học chùm tia càng hẹp thì khả năng cản xạ của vật liệu càng giảm.
Trong thực tế những nhân viên bức xạ thƣờng phải làm việc với chùm tia rộng nên xác suất đối diện với tia tán xạ là cao hơn với tia truyền thẳng. Mục đích bảo vệ của thiết bị bảo hộ cản xạ cũng là giúp cho nhân viên tránh đƣợc những tia tán xạ khi làm việc với thiết bị có tia Rơngen. Để tăng khả năng bảo vệ cho thiết bị bảo hộ
Henrich Eder về một số vật liệu sử dụng là thiết bị bảo hộ cản xạ trong mức điện áp từ 60 kV – 125kV [12] thì B chỉ dao động từ 1 < B < 2.5. Nhƣ vậy B ở hai mức điện áp xác định đƣợc là khá cao (4.05 ở điện áp 80 kV, 4.23 ở điện áp 100 kV), trong đó
hệ số tích luỹ B xác định theo công thức
e l K c K B [13]. Nếu xét ở từng mức điện áp
và coi nhƣ vật liệu có tính đồng nhất cao về cả hình dáng thì có thể thấy đƣợc độ không đồng nhất về tính chất cản xạ của vật liệu là khá cao và điều này sẽ đƣợc làm rõ ở mục “Độ không đồng nhất về tính chất của vật liệu”.
Hiệu quả bảo vệ của sản phẩm tại vị trí đƣờng may: Xu hướng biến thiên hiệu quả cản xạ tại vị trí có đường may và vị trí
không có đường may
63 63.5 64 64.5 65 65.5 66 66.5 67 67.5
May khong may (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vị trí K er m a - 10 0k V ( m S v/ gi ờ )
Hình 3.3 - Xu hƣớng biến thiên hiệu quả cản xạ tại vị trí có đƣờng may và không có đƣờng may của vật liệu
Để xác định mức độ bảo vệ tại vị trí đƣờng may trên sản phẩm, ta so sánh hiệu quả cản xạ tại vị trí có đƣờng may và vị trí không có đƣờng may. Ba cặp vị trí đƣợc xét nằm sát nhau để tránh sự ảnh hƣởng của mức độ không đồng nhất về tính chất của vật liệu. Hình 3.3 cho thấy hiệu quả cản xạ của vật liệu tại vị trí đƣờng may có xu hƣớng giảm so với hiệu quả bảo vệ tại vị trí không có đƣờng may (37.4%). Hiệu quả bảo vệ của sản phẩm tại vị trí đƣờng may so với vị trí không có đƣờng may là 96.26%. Nếu không xét tới độ không đồng nhất về tính chất của vật liệu thì hiệu quả bảo vệ của của sản phẩm tại vị trí có đƣờng may so với vị trí không có đƣờng may cũng giảm đi không giảm đi nhiều.
Theo tiêu chuẩn IEC 61331 – 3 : 1998 [15] quy định: lỗ thủng mũi may tạo thành từ những đƣờng liên kết các chi tiết sẽ không đƣợc chấp nhận ở thân trƣớc
sản phẩm, theo đó việc may liền tấm nhám dính vào phần ngang eo của sản phẩm sẽ làm ảnh hƣởng đến khả năng bảo vệ của sản phẩm. Mặt khác theo nghiên cứu ở phần tổng quan, khi trên lớp bảo vệ tại vùng chức năng xuất hiện những khuyết tật có diện tích lớn hơn 15 mm2, những khuyết tật ở vị trí đƣờng may và thân sau có diện tích lớn hơn 670 mm2
hoặc có diện tích lớn hơn 11 mm2 ở khu vực tuyến giáp thì cần phải sửa chữa hoặc thay thế. Điều này cho thấy diện tích lỗ thủng mũi kim không đủ lớn để làm ảnh hƣởng đến khả năng bảo vệ của sản phẩm. Tuy nhiên theo D. Oppliger-Schäfer [9] tất cả những lỗi rách, thủng, rạn nứt trên bề mặt tấm vật liệu cản xạ phần lớn bắt nguồn từ đƣờng may. Nhƣ vậy việc may xuyên qua tấm vật liệu bảo vệ cản xạ ở mặt trƣớc của sản phẩm nên tránh tuyệt đối.
Tƣơng đƣơng chì:
Theo tỷ lệ truyền qua của chùm tia hẹp (tia truyền thẳng) đối với tấm chì mẫu 0.35 mm ở điện áp 80 kV là 6.18% so với tiêu chuẩn quy đinh về mức độ an toàn của vật liệu cản xạ đối với tia truyền thẳng ở cùng mức điện áp và tƣơng đƣơng chì (6%) của đơn vị sản xuất thiết bị bảo hộ cản xạ Kiran Group ( India) [21], có thể khẳng định chì mẫu đạt tiêu chuẩn và có thể làm chuẩn để xác định tƣơng đƣơng chì của vật liệu.
Độ cản xạ tương đương chì của vật liệu ở mức điện áp 80kV
0 2 4 6 8 10 0.2 0.25 0.3 0.325 0.35 0.4 0.5 Độ dày chì (mm) K er m a - 80 kV ( m S v/ gi ờ ) Chì mẫu TB Vị trí 1 VỊ trí 2 Vị trí 3 Vị trí 4 Vị trí 5
Hình 3.4 - Độ cản xạ tƣơng đƣơng chì ở mức điện áp 80kV
Đồ thị Hình 3.4 cho thấy đƣờng trung bình cắt đƣờng cản xạ của chì mẫu tại hoành độ 0.325 mm, đƣờng max (vị trí 2) cắt đƣờng cản xạ của chì mẫu tại hoành độ 0.376 mm, đƣờng min (vị trí 4) cắt đƣờng cản xạ của chì mẫu tại hoành độ 0.307. Nhƣ vậy độ dày cản xạ tƣơng đƣơng chì của vật liệu ở điện áp bức xạ 80 kV
nằm trong khoảng 0.307 mm – 0.376 mm Pb, so với độ dày tƣơng đƣơng chì ghi trên sản phẩm (0.35 mm Pb) thì độ dày cản xạ tƣơng đƣơng chì trung bình nhỏ hơn khoảng 7.1%.
Độ cản xạ tương đương chì của vật liệu ở mức điện áp 100kV
0 5 10 15 20 25 30 0.2 0.25 0.3 0.325 0.35 0.4 0.5 Độ dày chì (mm) K er m a - 10 0k V ( m S v/ gi ờ ) Chi mẫu TB Vị trí 1 Vị trí 2 Vị trí 3 Vị trí 4 Vị trí 5
Hình 3.5 - Độ cản xạ tƣơng đƣơng chì ở mức điện áp 100kV
Đồ thị Hình 3.5 cho thấy đƣờng trung bình cắt đƣờng cản xạ của chì mẫu tại hoành độ 0.320 mm, đƣờng max (vị trí 2) cắt đƣờng cản xạ của chì mẫu tại hoành độ 0.381 mm, đƣờng min (vị trí 4) cắt đƣờng cản xạ của chì mẫu tại hoành độ 0.299. Nhƣ vậy độ dày cản xạ tƣơng đƣơng chì của vật liệu ở điện áp bức xạ 80 kV nằm trong khoảng 0.299 mm – 0.381 mm Pb, so với độ dày tƣơng đƣơng chì ghi trên sản phẩm (0.35 mm Pb) thì độ dày cản xạ tƣơng đƣơng chì trung bình nhỏ hơn khoảng 8.6%.
Nếu lấy dung sai cho phép là 5% [14] thì ở cả hai mức điện áp sản phẩm đều không đạt tiêu chuẩn bảo vệ.
Độ không đồng nhất tính chất của vật liệu cản xạ Độ cản xạ tương đương chì tại 10 vị trí dọc theo trục đối xứng của
sản phẩm 0 1 2 3 4 5 0.2 0.25 0.3 0.325 0.35 0.4 0.5 Độ dày chì (mm) K er m a - 10 0k V ( m S v/ gi ờ ) Chì mẫu Vị trí 1 Vị trí 2 Vị trí 3 Vị trí 4 Vị trí 5 Vị trí 6 Vị trí 7 Vị trí 8 Vị trí 9 Vị trí 10
Hình 3.6 - Độ cản xạ tƣơng đƣơng chì tại 10 vị trí dọc theo trục đối xứng của sản phẩm ở mức điện áp 100 kV
Xu hướng biến thiên độ cản xạ tương đương chì tại 10 vị trí dọc theo trục đối xứng của sản phẩm
0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Vị trí Tư ơ ng đư ơ ng c hì ( m m )
Hình 3.7 - Xu hƣớng biến thiên độ cản xạ tƣơng đƣơng chì của vật liệu cản xạ tại 10 vị trí dọc theo trục đối xứng của sản phẩm
Theo kết quả Bảng 3.20 và biểu đồ Hình 3.6, 3.7 ta thấy độ cản xạ tƣơng đƣơng chì tại 10 vị trí dọc theo trục đối xứng của vật có xu hƣớng biến thiên rõ rệt, tƣơng đƣơng chì phân bố từ 0.232 mm đến 0.425 mm. Độ không đồng nhất về tính chất của vật liệu cản xạ quá lớn (V = 0.1 mm Pb), bằng 30.6% độ cản xạ tƣơng đƣơng chì của vật liệu. Về mặt lý thuyết, khả năng cản xạ của vật liệu phụ thuộc vào chất hấp thụ bức xạ (hạt kim loại), chất hấp thụ đƣợc tán nhuyễn với kích thƣớc rất nhỏ (μm hay thậm chí là nm) sau đó đƣợc trộn với vật liệu nền và tráng thành tấm. Nếu xem nhƣ độ dày của tấm vật liệu là nhƣ nhau ở mọi vị trí thì có 2 giả thiết chính dẫn đến sự không đồng nhất về tính chất của vật liệu cản xạ nhƣ sau:
- Mật độ các hạt hấp thụ bức xạ trên cùng một đơn vị diện tích không đồng nhất.
- Kích thƣớc của các hạt hấp thụ bức xạ không đồng nhất.
Để kết luận về nguyên nhân gây ra sự không đồng nhất về tính chất của vật liệu cản xạ thì cần phải thí nghiệm trên nhiều mẫu vật liệu khác nhau.
3.2.2. Đặc tính cơ lý của trang bị bảo hộ cản xạ
Độ bền kéo và độ dãn dài khi đứt của vật liệu cản xạ: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả cƣờng độ kéo đứt của vật liệu cản xạ theo hƣớng dọc và hƣớng ngang ở Bảng 3.21, 3.22 cho thấy các mẫu thử kéo theo hƣớng dọc và hƣớng ngang có đặc tính đồng nhất và gần tƣơng đƣơng nhau, tuy nhiên cƣờng độ kéo đứt theo hƣớng dọc cao hơn cƣờng độ kéo đứt theo hƣớng ngang. Độ bền kéo đứt theo hƣớng dọc
(5.613 MPa) cao hơn độ bền kéo đứt theo hƣớng ngang (3.984 MPa) khoảng 48%. Nếu chƣa xét đến những tác động lên trang bị bảo hộ trong quá trình sử dụng và lƣu trữ sản phẩm thì tự trọng của sản phẩm cũng góp một phần làm thay đổi cấu trúc của tấm vật liệu cản xạ do khối lƣợng tƣơng đối lớn của nó (2.73 kg). Hƣớng chịu lực chính của vật liệu là hƣớng dọc theo trục vuông góc với mặt đất, do đó việc xoay hƣớng dọc áo trùng với hƣớng dọc tấm cao su chì là rất quan trọng.
Theo tiêu chuẩn TCVN 6730 – 1 : 2000 Vật liệu cản xạ - Tấm cao su chì [7], tấm cao su chì phải có độ bền kéo đứt không nhỏ hơn 17 Mpa, nhƣ vậy độ bền kéo đứt của vật liệu cản xạ đo đƣợc nhỏ hơn độ bền kéo đứt theo tiêu chuẩn khoảng 3 lần. Cũng theo kết quả nghiên cứu của D. Oppliger-Schäfer [9], tất cả các trang bị bảo hộ không kể thời gian sử dụng, xuất xứ, vật liệu cản xạ đều xuất hiện lỗi trong quá trình sử dụng và có xu hƣớng ngày càng tăng (22% trong tổng số mẫu nghiên cứu xuất hiện trên lớp vật liệu cản xạ), những khuyết tật liên quan tới sự rạn nứt (crack defect) và những lỗ rách (tear defect), thủng (hole) trên bề mặt sản phẩm. Ta biết rằng, độ bền kéo đứt thấp làm cho lớp vật liệu cản xạ dễ bị rách và tuổi thọ trang bị bảo hộ cản xạ sẽ giảm, do vậy kết quả đo cƣờng độ kéo đứt của vật liệu thật đáng lo ngại.
Độ bền kéo thực chất là độ bền liên kết giữa các phần tử cấu thành vật liệu là bột kim loại và polymer [19]. Về mặt lý thuyết, độ bền kéo đứt của vật liệu cản xạ đặc biệt thấp dẫn ta đến những giả thiết sau:
- Chiều dày của tấm vật liệu cản xạ giảm: khi tăng khả năng cản xạ trên một đơn vị độ dày của lớp cản xạ, ngƣời ta cần tăng tỷ lệ chất hấp thụ bức xạ (bột kim loại) trên chất liên kết (polymer) trong tấm vật liệu, điều đó cho phép giảm đƣợc chiều dày tấm cản xạ có cùng một độ dày cản xạ tƣơng đƣơng chì, nhờ đó áo bảo hộ cản xạ sẽ mỏng hơn, nhẹ hơn. Tuy nhiên độ bền liên kết của vật liệu giảm và độ bền kéo đứt giảm.
- Tỷ lệ vật liệu nền (cao su) trong hợp chất cao su chì là khá lớn: theo nghiên cứu của Babara Ballsieper về tỷ lệ pha trộn hỗn hợp đối với vật liệu cản xạ [8] thì
vật liệu nền thƣờng có tỷ lệ từ 10% đến 22% trong hỗn hợp để đảm bảo độ bền và khả năng cản xạ của vật liệu. Nếu tăng tỷ lệ của vật liệu nền có thể làm giảm độ bền vật liệu thậm chí nếu tỷ lệ vật liệu nền quá cao sẽ làm giảm khả năng cản xạ của vật liệu.
- Kích thƣớc của các hạt chì lớn hoặc mật độ phân bố không đồng nhất trên một đơn vị diện tích: theo nghiên cứu của Eiji Oyaizu về tấm cản xạ [10], các hạt cản xạ phải có kích thƣớc trung bình từ 1 μm – 20 μm, nếu kích thƣớc của các hạt kim loại cản xạ vƣợt quá kích thƣớc cho phép cũng làm cho cấu trúc của vật liệu