はじめに

環境ストレス・クラッキングは、自動車製造の主要な原因となっている。 プラスチック部品.

環境応力割れの発生を回避するためには、環境応力割れのメカニズムを深く理解し、プラスチック材料の選択、接触可能な化学物質、プラスチック部品が耐える応力の3つの側面から制御する必要がある。

環境応力割れが発生するまで待たずに、ひとつひとつ調査すること。これは時間と労力がかかるだけでなく、プロジェクトの進行や製品の納期を遅らせることにもなりかねません。

環境応力割れとは？

環境応力割れ（ESC：Environmental Stress Cracking）とは、内部応力の存在下で化学物質の作用によって引き起こされるプラスチック樹脂の劣化現象のこと。 プラスチック部品 プラスチック部品の損傷による故障。

環境応力割れは、化学物質と機械的応力の相乗効果によって応力に生じる溶媒誘起の損傷である。

環境応力割れは化学反応ではないため、化学薬品が直接化学的な攻撃や分子分解を引き起こすことはない。事実上、化学薬品が分子構造に浸透し、ポリマー鎖の内部分子力を損ない、分子破壊を加速させるのである。

プラスチック部品の一般的な故障解析では、環境応力割れが31%と大半を占め、プラスチック部品のキラーとして知られている。ケミカルアタックを含めると、基本的に40%を占める。

環境応力割れのステップと特徴

環境応力割れのステップ

環境応力割れの機械的過程はクリープ損傷に似ており、流体の吸収、塑性化、微細な亀裂の発生、亀裂の進展、最終的な破壊が含まれる。

環境応力割れプロセスは、プラスチックの分子構造内での化学物質の拡散に依存するため、流体の吸収速度は、亀裂の進展速度と亀裂の拡大速度の両方を決定する要因となります。化学物質の吸収速度が速ければ速いほど、プラスチックは割れやすくなり、その結果破損しやすくなります。

クリープは、特定の条件下で発生する環境応力割れと見なすことができる。クリープは空気を化学剤または試薬として使用する。両者の主な違いは、活性化学物質の存在で、これがポリマーの破壊プロセスを加速する。この加速効果により、初期亀裂時間が大幅に短縮され、実質的に亀裂の拡大速度が加速されるため、最終的な損傷時間が短縮される。

環境応力割れの典型的な特徴

環境誘起クラックの典型的な特徴：

脆性破壊：

ESCの損傷は脆性破壊によって引き起こされる。どのような材料でも プラスチックを作る 通常時の曲げ破壊点。ESC損傷の初期亀裂点として、一般に表面で発生する。それらはしばしば、微細な欠陥や応力集中点などの高応力領域の場所である。この最終亀裂点は、一般に常にガス状または吸着した活性化学物質と直接接触している。

初期化クラッキング：

複数の一点亀裂を初期化し、統合亀裂に接続する。元の亀裂と統合のバッチは、ESC取得の描写である。

滑らかなフォルム：

元のひび割れ部分は通常、比較的滑らかな形状を示し、ゆっくりとひび割れ、膨張する。活性化学物質は、最初のひび割れとひび割れの拡大を加速させる。この現象は、特に粗い表面で顕著です。

細かいひび割れが残っている：

初期のひび割れ部分やその近傍に微細なひび割れが残存している場合は、ESCの発生を示す。多くの場合、き裂の長さが臨界サイズに達すると、塑性変形の過負荷時に最終的な破壊が起こる。

フィブリルを伸ばす：

伸びるフィブリルやその他の特徴が最終的な破砕帯に現れることがあり、これは破砕が塑性破砕であることを示している。このことは、ESCの化学的作用機序が不適切であること、したがってそれに伴う分子の化学的分解が通常見られないことを示唆している。

クロスバンド：

最新の実験によると、一般的なESCは進行性のひび割れ伝播メカニズムで進行する。実験室条件下でのリシェーピング特性表面試験により、割れの伝播につながるリングに相当する一連のクロスバンドが明らかになった。これらの観察されたバンドは、クリープとESCの破壊メカニズムのステップを含む脆性亀裂を経て劈開が伝播する、粒状化の繰り返しのリングと想像することができる。

環境応力割れに影響する要因

環境応力割れは、主に以下の3つの要因に関係している：

プラスチック素材の種類；

接触する化学物質 プラスチック部品;

プラスチック部品に作用する応力；

プラスチックタイプ

一般的に、非結晶性プラスチックは半結晶性プラスチックや硬質プラスチックよりも環境応力割れの影響を受けやすい。これは、半結晶性プラスチックの規則正しく緻密な構造に比べ、非結晶性プラスチックの自由体積が大きいためである。したがって、PC、ABS、PPO、PMMAなどの非晶質プラスチックは、PBT、POM、PA66、PPSなどよりも環境応力割れを起こしやすい。もちろん、同じプラスチックでも組成が異なれば、ESC耐性も異なる。

分子量：

プラスチックの分子量が小さくなるにつれて、ESCに抵抗する能力は低下する。同様に、ある物質について、タイ分子の分解現象は分子量とともに減少する。分子分岐の数が増えるにつれて、樹脂の分子量は増加し、並外れた臨界ひずみESC耐性を与える。

結晶化度が低い：

半結晶性プラスチックでは、結晶化度が ESC 耐性を大幅に向上させます。一般的に、結晶化度が高いほど密度が高くなるため、ESC耐性が向上する。

化学物質

水素結合：中程度の水素結合は、ESCの発生を悪化させやすい化学物質の一種である。例えば、有機エステル、ケトン、アルデヒド、芳香族炭化水素、塩素化炭化水素などは、有機アルコールよりもESCの影響が強い化学物質である。

分子サイズ：分子量の小さい化学試薬はESCの発生を悪化させる傾向がある。例えば、シリコーンオイルはシリコーングリースより強く、アセトンはメチルイソブチルケトンより強い。この結論は分子サイズから直接導かれるもので、分子が小さいほど能力が高い。ポリマーの分子構造に浸透する。

化学物質の主な供給源は2つある；

生産工程で

射出成形工程での離型剤、射出成形金型での各種グリスなど、プラスチック部品は電気メッキ、スプレー塗装、シルクスクリーンなどの二次加工や、包装、輸送中に化学物質に遭遇する。

使用中

アクセサリーの部品には、製造工程で化学物質が付着しているか、接着剤、洗剤、潤滑油などの化学物質が使用環境に存在する。

ストレス

使用中に耐える引張応力：

ESCは、材料が引張応力の状態にある場合にのみ発生する。引張応力は、分子が壊れ、最終的にESCを引き起こす理由である。圧縮応力は、特定の環境条件下でプラスチック部品の機械的破壊を引き起こすには十分ですが、ESCを引き起こすには十分ではありません。

射出成形プロセスにおける残留内部応力：

内部成形残留応力は外部応力と結合してESCを引き起こす。巨大な成形残留応力は、ESCを引き起こすのに十分である。

超音波溶接、振動溶接、熱溶解、ねじ締めなどの組み立て時に発生する応力。

プラスチック部品表面のストレスマークへの対策と提案

素材戦略

適切なプラスチック原料を選択することは、ストレスマークを避けるための最初の解決策である。製品の靭性と弾性率を向上させ、応力集中を軽減するためには、高品質、高靭性、高流動性のプラスチック原料を使用すべきである。

デザイン戦略

製品設計の過程では、応力集中やストレスマークが発生しないよう、合理的に構造を設計し、材料特性や製造工程などに基づいて製品バランスをコントロールする必要がある。同時に、肉厚、角度、半径、その他の要因の制御にも注意を払う必要がある。 プラスチック部品特に製品の端や継ぎ目では、均一な肉厚設計を維持し、製品の均一な力配分を増やす必要がある。

生産プロセス戦略

適切な成形プロセスを採用することが、ストレスマークを避ける鍵である。金型の品質を確保し、成形工程中の温度を均一に制御し、成形速度、圧力、フィールド方向などのパラメータをうまく制御して、過度の牽引、伸張などを避ける必要があります。同時に、各転換点でのスムーズな移行を保証するために、生産工程中の成形プロセスの変化に対応する調整に注意を払う必要があります。

輸送、荷積み、荷降ろし戦略

プラスチック部品の輸送、積み込み、積み下ろし、設置の際には、不適切な把持や過度の圧力がかからないように注意する必要がある。人為的要因による応力集中や応力痕を防ぐため、力の大きさや方向などの要因を把握する必要がある。

サーフェス・ストレス・マークの防止法

プラスチック部品表面のストレスマークの発生を防止するには、上記の対策に加え、次のような方法もある：

金型の最適化設計により、ホットランナーと製品厚みの制御を高め、塑性疲労による応力集中やストレスマークを回避する；

製品の品質管理を強化し、各製品が品質と外観の面で要求事項を満たすようにする；

適切な検査機器を購入し、製造工程中の問題を検出し、損傷した部品を適時に修理または交換する；

プラスチック部品の使用には常に注意を払い、問題をすぐに解決し、製品を長期間使用したときにストレスマークがないようにする。

結論

プラスチック部品の表面にストレスマークが存在すると、製品の美観や安定性に深刻な影響を及ぼす。従って、生産工程ではその原因と対策に特に注意を払う必要がある。本稿の紹介を通じて、読者の皆様にはプラスチック部品表面のストレスマークの原因と対策についてご理解いただけたと思います。予防策を講じることで、プラスチック部品使用時のストレスマークの問題を回避することができる。