Introduzione:

La fessurazione da stress ambientale è una delle principali cause di parti in plastica.

Per evitare l'insorgere di cricche da stress ambientale, dobbiamo comprendere a fondo il meccanismo alla base delle cricche da stress ambientale e quindi controllarlo da tre dimensioni: la selezione del materiale plastico, le possibili sostanze chimiche di contatto e lo stress sopportato dalle parti in plastica.

Non aspettate che si verifichino cricche da stress ambientale per indagare una per una. Questo non solo richiede tempo e lavoro, ma può anche ritardare l'avanzamento del progetto e le date di consegna dei prodotti.

Che cos'è la cricca da stress ambientale?

La criccatura da stress ambientale (ESC) si riferisce al fenomeno di degrado della resina plastica causato dall'azione di sostanze chimiche in presenza di sollecitazioni interne, che alla fine portano parte in plastica guasti dovuti al danneggiamento dei componenti in plastica.

La criccatura da stress ambientale è un danno indotto da solventi, causato dall'effetto sinergico di sostanze chimiche e sollecitazioni meccaniche sulle sollecitazioni.

La cricca da stress ambientale non è una reazione chimica e le sostanze chimiche non causano un attacco chimico diretto o una degradazione molecolare. In effetti, sono le sostanze chimiche a penetrare nella struttura molecolare e a compromettere le forze molecolari interne delle catene polimeriche, accelerando così la rottura molecolare.

Tra le analisi dei guasti più comuni nelle parti in plastica, la cricca da stress ambientale rappresenta la maggior parte, con 31%, ed è nota come l'assassino delle parti in plastica. Se si includono anche le aggressioni chimiche, il numero di cricche è pari a 40%.

Fasi e caratteristiche della fessurazione da stress ambientale

Fasi della cricca da stress ambientale

Il processo meccanico della cricca da stress ambientale è simile al danno da scorrimento, che comprende l'assorbimento di fluidi, la plasticizzazione, la generazione di cricche fini, la propagazione delle cricche e il cedimento finale.

Poiché il processo di fessurazione da stress ambientale dipende dalla diffusione di sostanze chimiche all'interno della struttura molecolare della plastica, la velocità di assorbimento dei fluidi è il fattore determinante sia per la propagazione che per l'espansione delle cricche. Quanto più velocemente vengono assorbite le sostanze chimiche, tanto più la plastica è suscettibile alla fessurazione e alla conseguente rottura.

Il creep può essere considerato come una cricca da stress ambientale che si verifica in determinate condizioni. Il creep utilizza l'aria come agente o reagente chimico. La differenza principale è la presenza di sostanze chimiche attive, che accelerano il processo di frattura del polimero. Questo effetto di accelerazione riduce significativamente il tempo di fessurazione iniziale, accelerando essenzialmente il tasso di espansione della fessurazione, riducendo così il tempo di danneggiamento finale.

Caratteristiche tipiche della cricca da stress ambientale

Caratteristiche tipiche della fessurazione indotta dall'ambiente:

Frattura fragile:

I danni al CSE sono causati da fratture fragili. Qualsiasi materiale deve produrre una plastica punto di frattura per flessione in circostanze normali. Il punto di fessurazione iniziale del danno al CSE si verifica generalmente in superficie. Si tratta spesso di aree ad alta tensione, come difetti microscopici o punti di concentrazione delle sollecitazioni. Questo punto di cricca finale è generalmente sempre a diretto contatto con sostanze chimiche attive gassose o adsorbite.

Crepe di inizializzazione:

Inizializzare più fessurazioni a punto singolo e poi collegarsi in una frattura unificata. Il lotto di fessurazione originale e di unione è la rappresentazione dell'acquisizione del CSE.

Forma liscia:

L'area fessurata originale presenta solitamente una forma relativamente liscia e si fessura ed espande lentamente. I prodotti chimici attivi possono accelerare la fessurazione iniziale e l'espansione della fessurazione. Questo fenomeno è particolarmente evidente sulle superfici ruvide.

Restano le fessure sottili:

La presenza di cricche sottili residue, sia nell'area di fessurazione iniziale che in quelle vicine, indica il verificarsi di ESC. In molti casi, quando la lunghezza della cricca raggiunge una dimensione critica, si verifica il cedimento definitivo durante il sovraccarico di deformazione plastica.

Stiramento delle fibrille:

Nella zona di frattura finale possono comparire fibrille di allungamento e altre caratteristiche che indicano che si tratta di una frattura plastica. Questa è un'importante implicazione del fatto che i meccanismi chimici d'azione nella CSE sono inappropriati e quindi la degradazione chimica delle molecole che li accompagna è solitamente assente.

Bande trasversali:

Gli ultimi esperimenti dimostrano che la CSE generale procede attraverso un meccanismo di propagazione progressiva delle cricche. Le prove di rimodellamento della superficie caratteristica in condizioni di laboratorio hanno rivelato una serie di bande trasversali, equivalenti ad anelli che portano alla propagazione della cricca. Queste bande osservate possono essere immaginate come anelli ripetuti di granulometria, seguiti dalla propagazione della scissione attraverso la cricca fragile, che comporta fasi dei meccanismi di cedimento per scorrimento e CSE.

Fattori che influenzano la cricca da stress ambientale

La cricca da stress ambientale è legata principalmente ai tre fattori seguenti:

Tipo di materiale plastico;

Sostanze chimiche a contatto con parti in plastica;

Sollecitazioni che agiscono sulle parti in plastica;

tipo di plastica

In generale, le plastiche amorfe sono più suscettibili alle cricche da stress ambientale rispetto alle plastiche semicristalline o rigide. Ciò è dovuto all'ampio volume libero delle plastiche amorfe rispetto alle strutture ordinate e dense delle plastiche semicristalline. Pertanto, le plastiche amorfe come PC, ABS, PPO, PMMA, ecc. sono più soggette a cricche da stress ambientale rispetto a PBT, POM, PA66, PPS, ecc. Naturalmente, anche se la stessa plastica ha composizioni diverse, la sua resistenza alle CSE sarà diversa.

Peso molecolare:

Al diminuire del peso molecolare della plastica, diminuisce la capacità di resistere al CSE. Allo stesso modo, per una data sostanza, il fenomeno di degradazione delle molecole legate diminuisce con il peso molecolare. All'aumentare del numero di rami molecolari, aumenta il peso molecolare della resina, che conferisce alla stessa una straordinaria resistenza al CSE a deformazione critica.

Cristallinità inferiore:

Nelle plastiche semicristalline, la cristallinità migliora significativamente la resistenza dell'ESC. In generale, più la cristallinità è elevata, più la densità corrispondente aumenta, migliorando così la resistenza dell'ESC.

prodotti chimici

Legame a idrogeno: Il legame a idrogeno di livello medio è un tipo di sostanza chimica che può facilmente aggravare l'insorgenza di ESC. Ad esempio, gli esteri organici, i chetoni, le aldeidi, gli idrocarburi aromatici e gli idrocarburi clorurati sono sostanze chimiche con effetti ESC più forti degli alcoli organici.

Dimensione molecolare: I reagenti chimici con peso molecolare inferiore tendono ad aggravare l'insorgenza di ESC. Ad esempio, l'olio di silicone è più forte del grasso di silicone e l'acetone è più forte del metilisobutilchetone. Questa conclusione deriva direttamente dalle dimensioni molecolari: le molecole più piccole hanno una maggiore capacità. Penetrare nella struttura molecolare del polimero.

Le fonti principali di sostanze chimiche sono due;

Durante il processo di produzione:

agenti distaccanti nel processo di stampaggio a iniezione, grassi vari negli stampi a iniezione, ecc.

Durante l'uso:

Le parti dell'accessorio sono attaccate con sostanze chimiche durante il processo di produzione, oppure sono presenti sostanze chimiche nell'ambiente di utilizzo, come colla, detergenti, olio lubrificante, ecc.

stress

Sforzo di trazione sopportato durante l'uso:

La CSE si verifica solo quando il materiale si trova in uno stato di tensione di trazione. La tensione di trazione è il motivo per cui le molecole si rompono e, in ultima analisi, causano il CSE. Le sollecitazioni di compressione sono sufficienti a provocare il cedimento meccanico di parti in plastica in determinate condizioni ambientali, ma non a causare il CSE.

Sollecitazioni interne residue nel processo di stampaggio a iniezione:

Le sollecitazioni residue di stampaggio interne si combinano con le sollecitazioni esterne per causare l'ESC. L'enorme sollecitazione residua di stampaggio è sufficiente a causare l'ESC.

Sollecitazioni generate durante l'assemblaggio, come la saldatura a ultrasuoni, la saldatura a vibrazione, la fusione a caldo e il serraggio delle viti.

Contromisure e suggerimenti per i segni di stress sulla superficie delle parti in plastica

Strategie materiali

La scelta della giusta materia prima plastica è la prima soluzione per evitare segni di stress. È necessario utilizzare materie prime plastiche di alta qualità, elevata tenacità e fluidità per migliorare la tenacità e il modulo elastico del prodotto e ridurre la concentrazione delle sollecitazioni.

Strategie di progettazione

Durante il processo di progettazione del prodotto, la struttura deve essere progettata in modo razionale e il bilanciamento del prodotto deve essere controllato in base alle caratteristiche del materiale, ai processi di produzione e ad altri fattori, per evitare la concentrazione delle sollecitazioni e i segni di stress. Allo stesso tempo, è necessario prestare attenzione al controllo dello spessore delle pareti, dell'angolo, del raggio e di altri fattori di parti in plasticaSoprattutto in corrispondenza dei bordi e delle giunzioni del prodotto, è necessario mantenere uno spessore uniforme delle pareti per aumentare la distribuzione uniforme della forza del prodotto.

Strategie del processo produttivo

L'adozione di un processo di stampaggio adeguato è la chiave per evitare segni di stress. La qualità dello stampo deve essere garantita, la temperatura durante il processo di stampaggio deve essere controllata per essere uniforme e i parametri come la velocità di stampaggio, la pressione e la direzione del campo devono essere ben controllati per evitare trazioni eccessive, stiramenti, ecc. Allo stesso tempo, è necessario prestare attenzione alle regolazioni corrispondenti alle modifiche del processo di stampaggio durante il processo di produzione, per garantire una transizione fluida in ogni punto di passaggio.

Strategie di trasporto, carico e scarico

Durante il trasporto, il carico, lo scarico e l'installazione di parti in plastica, occorre prestare attenzione ad evitare prese improprie e pressioni eccessive. Fattori come l'entità e la direzione della forza devono essere tenuti in considerazione per evitare la concentrazione di sollecitazioni e segni di stress causati da fattori umani.

Metodi per prevenire le tensioni superficiali

Oltre alle contromisure di cui sopra, per prevenire la comparsa di segni di stress sulla superficie delle parti in plastica si possono utilizzare anche i seguenti metodi:

Utilizzare la progettazione dell'ottimizzazione dello stampo per aumentare il controllo del canale caldo e dello spessore del prodotto, al fine di evitare la concentrazione delle sollecitazioni e i segni di stress causati dalla fatica plastica;

Rafforzare la gestione della qualità dei prodotti per garantire che ogni prodotto soddisfi i requisiti in termini di qualità e aspetto;

Acquistare attrezzature di prova adeguate per individuare i problemi durante il processo di produzione e riparare o sostituire tempestivamente le parti danneggiate;

Prestare attenzione all'uso delle parti in plastica in qualsiasi momento, risolvere i problemi in tempo e garantire che non vi siano segni di stress quando il prodotto viene utilizzato per lungo tempo.

Conclusione

L'esistenza di segni di stress sulla superficie delle parti in plastica compromette seriamente l'estetica e la stabilità del prodotto. Pertanto, è necessario prestare particolare attenzione alle cause e alle contromisure durante il processo di produzione. Grazie all'introduzione di questo articolo, credo che i lettori abbiano compreso le cause e le contromisure dei segni di stress sulla superficie dei pezzi in plastica. L'adozione di misure preventive può evitare il problema dei segni di sollecitazione durante l'utilizzo dei componenti in plastica.