Einleitung:

Stressbedingte Rissbildung ist eine der Hauptursachen für Kunststoffteile.

Um das Auftreten von Spannungsrissen zu vermeiden, müssen wir den Mechanismus der Spannungsrisse in der Umwelt genau verstehen und ihn dann in drei Dimensionen kontrollieren: Auswahl des Kunststoffmaterials, mögliche Kontaktchemikalien und die von den Kunststoffteilen ausgehende Belastung.

Warten Sie nicht, bis Spannungsrisse auftreten, um sie einzeln zu untersuchen. Dies ist nicht nur zeit- und arbeitsaufwändig, sondern kann auch den Projektfortschritt und die Produktliefertermine verzögern.

Was ist umweltbedingte Spannungsrissbildung ？

Umweltbedingte Spannungsrisse (Environmental Stress Cracking, ESC) sind ein Phänomen der Zersetzung von Kunstharz, das durch die Einwirkung chemischer Substanzen bei innerer Spannung verursacht wird und letztlich zu Kunststoffteil Versagen aufgrund der Beschädigung von Kunststoffteilen.

Bei der Spannungsrissbildung handelt es sich um eine lösungsmittelbedingte Schädigung, die durch die synergetische Wirkung von chemischen Substanzen und mechanischen Spannungen verursacht wird.

Bei der Spannungsrissbildung handelt es sich nicht um eine chemische Reaktion, und die Chemikalien verursachen keinen direkten chemischen Angriff oder molekularen Abbau. Tatsächlich sind es die Chemikalien, die in die molekulare Struktur eindringen und die inneren molekularen Kräfte der Polymerketten beeinträchtigen und so den Bruch der Moleküle beschleunigen.

Unter den häufigen Fehleranalysen bei Kunststoffteilen macht die Spannungsrissbildung mit 31% den größten Anteil aus und gilt als der Killer unter den Kunststoffteilen. Wenn man chemische Angriffe mit einbezieht, sind es im Grunde 40%.

Schritte und Merkmale der umweltbedingten Spannungsrissbildung

Schritte der umweltbedingten Spannungsrissbildung

Der mechanische Prozess der Spannungsrissbildung ähnelt der Kriechschädigung, die die Flüssigkeitsaufnahme, die Plastifizierung, die Bildung feiner Risse, die Rissausbreitung und das endgültige Versagen umfasst.

Da der Prozess der Spannungsrissbildung von der Diffusion von Chemikalien innerhalb der molekularen Struktur des Kunststoffs abhängt, ist die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsaufnahme der entscheidende Faktor sowohl für die Rissausbreitung als auch für die Rissausdehnungsrate. Je schneller die Chemikalien absorbiert werden, desto anfälliger ist der Kunststoff für Rissbildung und daraus resultierenden Bruch.

Kriechen kann als Spannungsrissbildung betrachtet werden, die unter bestimmten Bedingungen auftritt. Beim Kriechen wird Luft sowohl als chemisches Agens als auch als Reagenz verwendet. Der Hauptunterschied zwischen beiden besteht in der Anwesenheit aktiver chemischer Substanzen, die den Polymerbruchprozess beschleunigen. Dieser Beschleunigungseffekt verkürzt die anfängliche Risszeit erheblich und beschleunigt im Wesentlichen die Rissausbreitung, wodurch die endgültige Schadenszeit verkürzt wird.

Typische Merkmale von Spannungsrissen in der Umwelt

Typische Merkmale der umweltbedingten Rissbildung:

Sprödbruch:

ESC-Schäden werden durch Sprödbrüche verursacht. Jedes Material muss einen Kunststoff herstellen Biegebruchstelle unter normalen Umständen. Der erste Risspunkt eines ESC-Schadens tritt im Allgemeinen an der Oberfläche auf. Häufig handelt es sich dabei um Bereiche mit hohen Spannungen, wie mikroskopische Defekte oder Spannungskonzentrationspunkte. Diese letzte Rissstelle befindet sich im Allgemeinen immer in direktem Kontakt mit gasförmigen oder adsorbierten aktiven Chemikalien.

Die Initialisierung knackt:

Initialisieren Sie mehrere Einzelpunktrisse und verbinden Sie sie dann zu einem einheitlichen Bruch. Das Gemenge aus ursprünglicher Rissbildung und Vereinigung ist die Darstellung des ESC-Erwerbs.

Glatte Form:

Der ursprünglich gerissene Bereich weist in der Regel eine relativ glatte Form auf und wird langsam rissig und dehnt sich aus. Aktive Chemikalien können die anfängliche Rissbildung und Rissausdehnung beschleunigen. Dieses Phänomen ist besonders auf rauen Oberflächen zu beobachten.

Verbleibende feine Risse:

Das Vorhandensein von feinen Restrissen, sei es im ursprünglichen Rissbereich oder in nahe gelegenen Bereichen, weist auf das Auftreten von ESC hin. Wenn die Risslänge eine kritische Größe erreicht, kommt es in vielen Fällen bei einer Überlastung durch plastische Verformung zum endgültigen Versagen.

Fibrillen strecken:

In der endgültigen Bruchzone können Dehnungsfibrillen und andere Merkmale auftreten, die darauf hinweisen, dass es sich um einen plastischen Bruch handelt. Dies ist ein wichtiger Hinweis darauf, dass die chemischen Wirkmechanismen bei ESC ungeeignet sind und daher der begleitende chemische Abbau von Molekülen in der Regel fehlt.

Crossbands:

Jüngste Experimente zeigen, dass ESC im Allgemeinen durch einen progressiven Rissausbreitungsmechanismus abläuft. Die Umformung charakteristischer Oberflächen unter Laborbedingungen ergab eine Reihe von Querbändern, die Ringen entsprechen, die zur Rissfortpflanzung führen. Diese beobachteten Bänder kann man sich als wiederholte Ringe der Körnung vorstellen, gefolgt von einer Spaltausbreitung durch spröde Rissbildung, die Schritte in den Kriech- und ESC-Versagensmechanismen beinhaltet.

Faktoren, die sich auf die Spannungsrissbildung auswirken

Spannungsrissbildung durch Umwelteinflüsse ist hauptsächlich auf die folgenden drei Faktoren zurückzuführen:

Art des Kunststoffmaterials;

Chemische Stoffe in Kontakt mit Kunststoffteile;

Auf Kunststoffteile einwirkende Spannungen;

Kunststofftyp

Im Allgemeinen sind amorphe Kunststoffe anfälliger für Spannungsrisse als teilkristalline oder starre Kunststoffe. Dies ist auf das große freie Volumen amorpher Kunststoffe im Vergleich zu den geordneten, dichten Strukturen teilkristalliner Kunststoffe zurückzuführen. Daher sind amorphe Kunststoffe wie PC, ABS, PPO, PMMA usw. anfälliger für Spannungsrisse als PBT, POM, PA66, PPS usw. Natürlich ist die Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsrisse auch dann unterschiedlich, wenn derselbe Kunststoff unterschiedliche Zusammensetzungen aufweist.

Molekulargewicht:

Je geringer das Molekulargewicht des Kunststoffs ist, desto geringer ist die Fähigkeit, ESC zu widerstehen. Ebenso nimmt bei einer bestimmten Substanz das Phänomen des Abbaus von Bindemolekülen mit dem Molekulargewicht ab. Mit zunehmender Anzahl der molekularen Verzweigungen steigt das Molekulargewicht des Kunststoffs, was ihm eine außerordentliche Widerstandsfähigkeit gegen die kritische Belastung verleiht.

Geringere Kristallinität:

Bei teilkristallinen Kunststoffen führt die Kristallinität zu einer deutlichen Verbesserung der ESC-Beständigkeit. Generell gilt: Je höher die Kristallinität, desto höher die Dichte und desto besser die ESC-Beständigkeit.

Chemikalien

Wasserstoffbrückenbindungen: Wasserstoffbrückenbindungen mittlerer Stärke sind eine Art von Chemikalien, die das Auftreten von ESC leicht verschlimmern können. So sind beispielsweise organische Ester, Ketone, Aldehyde, aromatische Kohlenwasserstoffe und Chlorkohlenwasserstoffe Chemikalien mit stärkerer ESC-Wirkung als organische Alkohole.

Molekulare Größe: Chemische Reagenzien mit geringerem Molekulargewicht verschlimmern in der Regel das Auftreten von ESC. Zum Beispiel ist Silikonöl stärker als Silikonfett und Aceton stärker als Methylisobutylketon. Diese Schlussfolgerung ergibt sich direkt aus der Molekülgröße, und kleinere Moleküle haben eine größere Fähigkeit. In die molekulare Struktur des Polymers eindringen.

Es gibt zwei Hauptquellen für Chemikalien;

Während des Produktionsprozesses:

Trennmittel im Spritzgussverfahren, verschiedene Fette in den Spritzgussformen usw., Kunststoffteile kommen bei der sekundären Verarbeitung wie Galvanisierung, Spritzlackierung, Siebdruck usw. sowie bei Verpackung und Transport mit chemischen Substanzen in Berührung. mit Chemikalien.

Während des Gebrauchs:

Die Teile des Zubehörs werden während des Produktionsprozesses mit chemischen Substanzen verbunden, oder es gibt chemische Substanzen in der Nutzungsumgebung, wie z. B. Klebstoff, Reinigungsmittel, Schmieröl usw.

Stress

Zugspannung, die während des Gebrauchs ausgehalten wird:

ESC tritt nur auf, wenn sich das Material in einem Zustand der Zugspannung befindet. Zugspannungen sind der Grund dafür, dass Moleküle brechen und letztlich zu ESC führen. Druckspannungen reichen aus, um unter bestimmten Umgebungsbedingungen ein mechanisches Versagen von Kunststoffteilen zu bewirken, aber nicht aus, um ESC zu verursachen.

Eigenspannungen im Spritzgießprozess:

Interne Formeigenspannungen in Kombination mit externen Spannungen führen zu ESC. Die enorme Formeigenspannung reicht aus, um ESC zu verursachen.

Bei der Montage auftretende Spannungen, z. B. beim Ultraschallschweißen, Vibrationsschweißen, Heißschmelzen und Anziehen von Schrauben.

Gegenmaßnahmen und Vorschläge für Spannungsspuren auf der Oberfläche von Kunststoffteilen

Materielle Strategien

Die Wahl des richtigen Kunststoffrohstoffs ist die erste Lösung zur Vermeidung von Spannungsspuren. Es sollten Kunststoffrohstoffe mit hoher Qualität, hoher Zähigkeit und hohem Fließvermögen verwendet werden, um die Zähigkeit und den Elastizitätsmodul des Produkts zu verbessern und die Spannungskonzentration zu verringern.

Entwurfsstrategien

Während des Produktdesigns sollte die Struktur rationell entworfen und das Produktgleichgewicht auf der Grundlage von Materialeigenschaften, Herstellungsprozessen und anderen Faktoren kontrolliert werden, um Spannungskonzentrationen und Spannungsspuren zu vermeiden. Gleichzeitig sollte auch auf die Kontrolle der Wandstärke, des Winkels, des Radius und anderer Faktoren geachtet werden. KunststoffteileInsbesondere an den Kanten und Verbindungsstellen des Produkts sollte eine einheitliche Wandstärke beibehalten werden, um die gleichmäßige Kraftverteilung des Produkts zu erhöhen.

Strategien für den Produktionsprozess

Die Wahl eines geeigneten Formverfahrens ist der Schlüssel zur Vermeidung von Spannungsspuren. Die Qualität der Form sollte gewährleistet sein, die Temperatur während des Formprozesses sollte so kontrolliert werden, dass sie gleichmäßig ist, und Parameter wie Formgebungsgeschwindigkeit, Druck und Feldrichtung sollten gut kontrolliert werden, um übermäßige Zugkraft, Dehnung usw. zu vermeiden. Gleichzeitig sollte darauf geachtet werden, dass während des Produktionsprozesses entsprechende Anpassungen an Änderungen im Formungsprozess vorgenommen werden, um einen reibungslosen Übergang an jedem Übergangspunkt zu gewährleisten.

Transport-, Be- und Entladestrategien

Während des Transports, des Be- und Entladens und der Montage von Kunststoffteilen sollte darauf geachtet werden, dass unsachgemäßes Greifen und übermäßiger Druck vermieden werden. Faktoren wie Kraftgröße und -richtung sollten beachtet werden, um Spannungskonzentrationen und durch menschliche Faktoren verursachte Spannungsspuren zu vermeiden.

Methoden zur Vermeidung von Spannungsspitzen auf der Oberfläche

Zusätzlich zu den oben genannten Gegenmaßnahmen können auch die folgenden Methoden angewendet werden, um das Auftreten von Spannungsspuren auf der Oberfläche von Kunststoffteilen zu verhindern:

Verwenden Sie eine optimierte Werkzeugkonstruktion, um die Kontrolle über den Heißkanal und die Produktdicke zu verbessern, um Spannungskonzentrationen und Spannungsspuren zu vermeiden, die durch plastische Ermüdung verursacht werden;

Stärkung des Produktqualitätsmanagements, um sicherzustellen, dass jedes Produkt den Anforderungen an Qualität und Aussehen entspricht;

Anschaffung geeigneter Prüfgeräte, um Probleme während des Produktionsprozesses zu erkennen, und rechtzeitige Reparatur oder Austausch beschädigter Teile;

Achten Sie jederzeit auf die Verwendung von Kunststoffteilen, lösen Sie Probleme rechtzeitig und stellen Sie sicher, dass das Produkt bei längerem Gebrauch keine Spannungsspuren aufweist.

Schlussfolgerung

Das Auftreten von Spannungsspuren auf der Oberfläche von Kunststoffteilen beeinträchtigt die Ästhetik und Stabilität des Produkts erheblich. Daher muss den Ursachen und Gegenmaßnahmen während des Produktionsprozesses besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Ich glaube, dass die Leser durch die Einführung in diesen Artikel die Ursachen und Gegenmaßnahmen für Spannungsspuren auf der Oberfläche von Kunststoffteilen verstanden haben. Durch die Ergreifung von Präventivmaßnahmen kann das Problem der Spannungsspuren bei der Verwendung von Kunststoffteilen vermieden werden.