Wprowadzenie:

Środowiskowe pękanie naprężeniowe jest głównym zabójcą części plastikowe.

Aby uniknąć pękania pod wpływem naprężeń środowiskowych, musimy dogłębnie zrozumieć mechanizm powodujący pękanie pod wpływem naprężeń środowiskowych, a następnie kontrolować go w trzech wymiarach: wybór materiału z tworzywa sztucznego, możliwe chemikalia kontaktowe i naprężenia wytrzymywane przez części z tworzywa sztucznego.

Nie czekaj, aż wystąpią pęknięcia naprężeniowe, aby zbadać je pojedynczo. Jest to nie tylko czasochłonne i pracochłonne, ale może również opóźnić postęp projektu i terminy dostaw produktów.

Co to jest środowiskowe pękanie naprężeniowe？

Środowiskowe pękanie naprężeniowe (ESC) odnosi się do zjawiska degradacji żywicy z tworzywa sztucznego spowodowanego działaniem substancji chemicznych w obecności naprężeń wewnętrznych, co ostatecznie prowadzi do plastikowa część awaria spowodowana uszkodzeniem elementów plastikowych.

Środowiskowe pękanie naprężeniowe to uszkodzenie wywołane rozpuszczalnikiem, spowodowane synergicznym działaniem substancji chemicznych i naprężeń mechanicznych na naprężenie.

Środowiskowe pękanie naprężeniowe nie jest reakcją chemiczną, a chemikalia nie powodują bezpośredniego ataku chemicznego ani degradacji molekularnej. W rzeczywistości to chemikalia przenikają do struktury molekularnej i osłabiają wewnętrzne siły molekularne łańcuchów polimerowych, przyspieszając w ten sposób pękanie molekularne.

Wśród typowych uszkodzeń części z tworzyw sztucznych, pękanie naprężeniowe stanowi większość, odpowiadając za 31% i jest znane jako zabójca części z tworzyw sztucznych. Jeśli uwzględni się ataki chemiczne, to zasadniczo odpowiada to za 40%.

Etapy i charakterystyka środowiskowego pękania naprężeniowego

Etapy pękania naprężeniowego w środowisku

Mechaniczny proces pękania naprężeniowego w środowisku jest podobny do uszkodzenia pełzania, które obejmuje absorpcję płynu, plastyfikację, generowanie drobnych pęknięć, propagację pęknięć i ostateczne uszkodzenie.

Ponieważ proces pękania naprężeniowego w środowisku zależy od dyfuzji substancji chemicznych w strukturze molekularnej tworzywa sztucznego, szybkość wchłaniania płynu jest czynnikiem decydującym zarówno o szybkości propagacji pęknięć, jak i szybkości ich rozszerzania. Im szybciej chemikalia są wchłaniane, tym bardziej tworzywo sztuczne jest podatne na pękanie i w konsekwencji pękanie.

Pełzanie może być postrzegane jako pękanie pod wpływem naprężeń środowiskowych, które występuje w określonych warunkach. Creep wykorzystuje powietrze jako czynnik chemiczny lub odczynnik. Główną różnicą między nimi jest obecność aktywnych substancji chemicznych, które przyspieszają proces pękania polimeru. Ten efekt przyspieszenia znacznie skraca początkowy czas pękania, zasadniczo przyspieszając tempo rozszerzania się pęknięć, a tym samym skracając ostateczny czas uszkodzenia.

Typowe cechy środowiskowego pękania naprężeniowego

Typowa charakterystyka pęknięć wywołanych czynnikami środowiskowymi:

Kruche pęknięcie:

Uszkodzenia ESC są powodowane przez kruche pęknięcia. Każdy materiał musi produkować plastik punkt pęknięcia przy zginaniu w normalnych warunkach. Jako początkowy punkt pęknięcia uszkodzenia ESC, zwykle występuje na powierzchni. Są to często miejsca występowania dużych naprężeń, takie jak defekty mikroskopowe lub punkty koncentracji naprężeń. Ten końcowy punkt pękania jest zazwyczaj zawsze w bezpośrednim kontakcie z gazowymi lub zaadsorbowanymi aktywnymi substancjami chemicznymi.

Pęknięcie inicjalizacyjne:

Inicjuje wiele jednopunktowych pęknięć, a następnie łączy je w jednolite pęknięcie. Partia pierwotnego pęknięcia i połączenia jest obrazem nabycia ESC.

Płynna forma:

Pierwotnie pęknięty obszar ma zwykle stosunkowo gładką formę i powoli pęka i rozszerza się. Aktywne substancje chemiczne mogą przyspieszyć początkowe pękanie i rozszerzanie się pęknięć. Zjawisko to jest szczególnie widoczne na chropowatych powierzchniach.

Pozostałe drobne pęknięcia:

Obecność szczątkowych drobnych pęknięć, czy to w początkowym obszarze pękania, czy w pobliskich obszarach, będzie wskazywać na wystąpienie ESC. W wielu przypadkach, gdy długość pęknięcia osiągnie rozmiar krytyczny, ostateczne uszkodzenie nastąpi podczas przeciążenia odkształceniem plastycznym.

Rozciąganie włókien:

Włókna rozciągające i inne cechy mogą pojawić się w końcowej strefie pęknięcia, wskazując, że pęknięcie jest pęknięciem plastycznym. Jest to ważna implikacja, że chemiczne mechanizmy działania w ESC są nieodpowiednie, a zatem towarzysząca im chemiczna degradacja cząsteczek jest zwykle nieobecna.

Pasy poprzeczne:

Najnowsze eksperymenty pokazują, że ogólne ESC przebiega poprzez progresywny mechanizm propagacji pęknięć. Testy powierzchni w warunkach laboratoryjnych ujawniły serię poprzecznych pasm, równoważnych pierścieniom prowadzącym do propagacji pęknięć. Te zaobserwowane pasma można sobie wyobrazić jako powtarzające się pierścienie uziarnienia, po których następuje propagacja rozszczepienia poprzez kruche pękanie, które obejmuje etapy mechanizmów pełzania i uszkodzenia ESC.

Czynniki wpływające na pękanie naprężeniowe w środowisku

Pękanie naprężeniowe związane jest głównie z następującymi trzema czynnikami:

Rodzaj tworzywa sztucznego;

Substancje chemiczne mające kontakt z części plastikowe;

Naprężenia działające na części plastikowe;

typ plastikowy

Ogólnie rzecz biorąc, amorficzne tworzywa sztuczne są bardziej podatne na pękanie naprężeniowe niż półkrystaliczne lub sztywne tworzywa sztuczne. Wynika to z dużej wolnej objętości amorficznych tworzyw sztucznych w porównaniu z uporządkowanymi, gęstymi strukturami półkrystalicznych tworzyw sztucznych. Dlatego też amorficzne tworzywa sztuczne, takie jak PC, ABS, PPO, PMMA itp. są bardziej podatne na pękanie pod wpływem naprężeń środowiskowych niż PBT, POM, PA66, PPS itp. Oczywiście, nawet jeśli to samo tworzywo sztuczne ma różny skład, jego odporność na ESC będzie inna.

Masa cząsteczkowa:

Wraz ze spadkiem masy cząsteczkowej tworzywa sztucznego spada jego odporność na ESC. Podobnie, dla danej substancji, zjawisko degradacji cząsteczek wiążących zmniejsza się wraz z masą cząsteczkową. Wraz ze wzrostem liczby rozgałęzień molekularnych wzrasta masa cząsteczkowa żywicy, co nadaje jej wyjątkową odporność na naprężenia krytyczne ESC.

Niższa krystaliczność:

W przypadku półkrystalicznych tworzyw sztucznych krystaliczność znacznie poprawia odporność ESC. Ogólnie rzecz biorąc, im wyższa krystaliczność, tym większa gęstość, a tym samym większa odporność na ESC.

chemikalia

Wiązanie wodorowe: Wiązanie wodorowe na średnim poziomie jest rodzajem substancji chemicznej, która może łatwo nasilać występowanie ESC. Na przykład organiczne estry, ketony, aldehydy, węglowodory aromatyczne i chlorowane węglowodory to substancje chemiczne o silniejszym działaniu ESC niż alkohole organiczne.

Wielkość cząsteczkowa: Odczynniki chemiczne o niższej masie cząsteczkowej mają tendencję do nasilania występowania ESC. Na przykład olej silikonowy jest silniejszy niż smar silikonowy, a aceton jest silniejszy niż keton metylowo-izobutylowy. Wniosek ten wynika bezpośrednio z wielkości cząsteczki, a mniejsze cząsteczki mają większą zdolność. Wnikają w strukturę molekularną polimeru.

Istnieją dwa główne źródła chemikaliów;

Podczas procesu produkcji:

środki antyadhezyjne w procesie formowania wtryskowego, różne smary w formach wtryskowych itp., części z tworzyw sztucznych napotkają substancje chemiczne podczas wtórnej obróbki, takiej jak galwanizacja, malowanie natryskowe, sitodruk itp. oraz podczas pakowania i transportu. do chemikaliów.

Podczas użytkowania:

Części akcesorium są połączone z substancjami chemicznymi podczas procesu produkcji lub w środowisku użytkowania znajdują się substancje chemiczne, takie jak klej, detergent, olej smarowy itp.

stres

Naprężenie rozciągające wytrzymywane podczas użytkowania:

ESC występuje tylko wtedy, gdy materiał znajduje się w stanie naprężenia rozciągającego. Naprężenie rozciągające jest powodem, dla którego cząsteczki pękają i ostatecznie powodują ESC. Naprężenie ściskające jest wystarczające, aby spowodować mechaniczne uszkodzenie części z tworzywa sztucznego w określonych warunkach środowiskowych, ale nie jest wystarczające, aby spowodować ESC.

Wewnętrzne naprężenia szczątkowe w procesie formowania wtryskowego:

Wewnętrzne naprężenia szczątkowe podczas formowania łączą się z naprężeniami zewnętrznymi, powodując ESC. Ogromne naprężenia szczątkowe podczas formowania są wystarczające, aby spowodować ESC.

Naprężenia generowane podczas montażu, takie jak spawanie ultradźwiękowe, spawanie wibracyjne, topienie na gorąco i dokręcanie śrub.

Środki zaradcze i sugestie dotyczące śladów naprężeń na powierzchni części z tworzyw sztucznych

Strategie materiałowe

Wybór odpowiedniego surowca z tworzywa sztucznego jest pierwszym rozwiązaniem pozwalającym uniknąć śladów naprężeń. Surowce z tworzyw sztucznych o wysokiej jakości, dużej wytrzymałości i płynności powinny być stosowane w celu poprawy wytrzymałości i modułu sprężystości produktu oraz zmniejszenia koncentracji naprężeń.

Strategie projektowania

Podczas procesu projektowania produktu, struktura powinna być zaprojektowana racjonalnie, a równowaga produktu powinna być kontrolowana w oparciu o charakterystykę materiału, procesy produkcyjne i inne czynniki, aby uniknąć koncentracji naprężeń i śladów naprężeń. Jednocześnie należy zwrócić uwagę na kontrolowanie grubości ścianki, kąta, promienia i innych czynników. części plastikoweSzczególnie na krawędziach i połączeniach produktu należy zachować jednolitą grubość ścianki, aby zwiększyć równomierny rozkład siły produktu.

Strategie procesów produkcyjnych

Przyjęcie odpowiedniego procesu formowania jest kluczem do uniknięcia śladów naprężeń. Jakość formy powinna być zapewniona, temperatura podczas procesu formowania powinna być kontrolowana, aby była jednolita, a parametry takie jak prędkość formowania, ciśnienie i kierunek pola powinny być dobrze kontrolowane, aby uniknąć nadmiernej przyczepności, rozciągania itp. Jednocześnie należy zwrócić uwagę na odpowiednie dostosowanie do zmian w procesie formowania podczas procesu produkcyjnego, aby zapewnić płynne przejście w każdym punkcie przejściowym.

Strategie transportu, załadunku i rozładunku

Podczas transportu, załadunku, rozładunku i montażu części z tworzyw sztucznych należy zachować ostrożność, aby uniknąć niewłaściwego chwytania i nadmiernego nacisku. Czynniki takie jak wielkość i kierunek siły powinny być brane pod uwagę, aby zapobiec koncentracji naprężeń i śladów naprężeń spowodowanych czynnikami ludzkimi.

Metody zapobiegania powstawaniu śladów naprężeń powierzchniowych

Oprócz powyższych środków zaradczych, poniższe metody mogą być również stosowane w celu zapobiegania powstawaniu śladów naprężeń na powierzchni części z tworzyw sztucznych:

Wykorzystanie projektu optymalizacji formy w celu zwiększenia kontroli nad gorącym kanałem i grubością produktu, aby uniknąć koncentracji naprężeń i śladów naprężeń spowodowanych zmęczeniem plastycznym;

Wzmocnienie zarządzania jakością produktów w celu zapewnienia, że każdy produkt spełnia wymagania w zakresie jakości i wyglądu;

Zakup odpowiedniego sprzętu do testowania w celu wykrywania problemów podczas procesu produkcyjnego oraz naprawa lub wymiana uszkodzonych części w odpowiednim czasie;

Zwracaj uwagę na użytkowanie plastikowych części w dowolnym momencie, rozwiązuj problemy na czas i upewnij się, że nie ma śladów naprężeń, gdy produkt jest używany przez długi czas.

Wnioski

Występowanie śladów naprężeń na powierzchni części z tworzyw sztucznych poważnie wpływa na estetykę i stabilność produktu. Dlatego należy zwrócić szczególną uwagę na przyczyny i środki zaradcze podczas procesu produkcyjnego. Wierzę, że dzięki wprowadzeniu do tego artykułu czytelnicy zrozumieli przyczyny i środki zaradcze związane ze śladami naprężeń na powierzchni części z tworzyw sztucznych. Podjęcie środków zapobiegawczych pozwala uniknąć problemu śladów naprężeń podczas użytkowania części z tworzyw sztucznych.