Introdução:

A fissuração por stress ambiental é uma das principais causas de morte de peças de plástico.

Para evitar a ocorrência de fissuração por tensão ambiental, temos de compreender profundamente o mecanismo subjacente à fissuração por tensão ambiental e, em seguida, controlá-lo a partir de três dimensões: seleção do material plástico, possíveis produtos químicos de contacto e a tensão suportada pelas peças de plástico.

Não espere até que a fissuração por tensão ambiental ocorra para investigar uma a uma. Isto não só é demorado e trabalhoso, como também pode atrasar o progresso do projeto e as datas de entrega do produto.

O que é a fissuração por tensão ambiental ？

A fissuração por tensão ambiental (ESC) refere-se ao fenómeno de degradação da resina plástica causado pela ação de substâncias químicas na presença de tensão interna, que acaba por conduzir peça de plástico falha devido à danificação de componentes de plástico.

A fissuração por tensão ambiental é um dano induzido por solvente causado pelo efeito sinérgico de substâncias químicas e tensões mecânicas sobre a tensão.

A fissuração por tensão ambiental não é uma reação química, e os produtos químicos não causam um ataque químico direto ou degradação molecular. De facto, são os produtos químicos que penetram na estrutura molecular e prejudicam as forças moleculares internas das cadeias de polímeros, acelerando assim a quebra molecular.

Entre a análise de falhas comuns em peças de plástico, a fissuração por stress ambiental representa a maioria, representando 31%, e é conhecida como a assassina de peças de plástico. Se os ataques químicos forem incluídos, representam basicamente 40%.

Etapas e caraterísticas da fissuração por stress ambiental

Etapas da fissuração por stress ambiental

O processo mecânico de fissuração por tensão ambiental é semelhante ao dano por fluência, que inclui absorção de fluido, plastificação, geração de fissuras finas, propagação de fissuras e falha final.

Uma vez que o processo de fissuração por tensão ambiental depende da difusão de químicos na estrutura molecular do plástico, a taxa de absorção de fluidos é o fator determinante das taxas de propagação e expansão de fissuras. Quanto mais rapidamente os produtos químicos forem absorvidos, mais suscetível é o plástico à fissuração e consequente rutura.

A fluência pode ser vista como a fissuração por tensão ambiental que ocorre em determinadas condições. A fluência utiliza o ar como agente químico ou reagente. A principal diferença entre eles é a presença de substâncias químicas activas, que aceleram o processo de fratura do polímero. Este efeito de aceleração reduz significativamente o tempo de fissuração inicial, acelerando essencialmente a taxa de expansão da fissuração, encurtando assim o tempo de dano final.

Caraterísticas típicas da fissuração por stress ambiental

Caraterísticas típicas da fissuração induzida pelo ambiente:

Fratura frágil:

Os danos do ESC são causados por fratura frágil. Qualquer material precisa de produzir um plástico ponto de fratura por flexão em circunstâncias normais. O ponto de fratura inicial dos danos causados pelo ESC ocorre geralmente na superfície. São muitas vezes a localização de áreas de elevada tensão, tais como defeitos microscópicos ou pontos de concentração de tensão. Este ponto de fissuração final está geralmente sempre em contacto direto com produtos químicos activos gasosos ou adsorvidos.

Rachadura de inicialização:

Inicializar múltiplas fissuras de ponto único e depois ligar numa fratura unificada. O lote de fissuração original e união é o retrato da aquisição de ESC.

Forma lisa:

A área fissurada original apresenta normalmente uma forma relativamente lisa e fissura e expande-se lentamente. Os produtos químicos activos podem acelerar a fissuração inicial e a expansão da fissuração. Este fenómeno é especialmente evidente em superfícies rugosas.

Rachaduras finas remanescentes:

A presença de fissuras finas residuais, quer na zona de fissuração inicial quer em zonas próximas, indicará a ocorrência de ESC. Em muitos casos, quando o comprimento da fenda atinge um tamanho crítico, a falha final ocorrerá durante a sobrecarga de deformação plástica.

Esticar as fibrilhas:

Na zona de fratura final podem aparecer fibrilhas de estiramento e outras caraterísticas, indicando que a fratura é uma fratura plástica. Esta é uma implicação importante de que os mecanismos químicos de ação na ESC são inadequados e, por conseguinte, a degradação química das moléculas que os acompanha está normalmente ausente.

Bandas cruzadas:

As experiências mais recentes mostram que o ESC geral se processa através de um mecanismo de propagação progressiva de fissuras. Os ensaios de superfície caraterísticos de remodelação em condições laboratoriais revelaram uma série de bandas cruzadas, equivalentes a anéis que conduzem à propagação da fissuração. Estas bandas observadas podem ser imaginadas como anéis repetidos de granulação, seguidos de propagação de clivagem através de fissuração frágil, o que envolve etapas nos mecanismos de rutura por fluência e ESC.

Factores que afectam a fissuração por stress ambiental

A fissuração por stress ambiental está principalmente relacionada com os três factores seguintes:

Tipo de material plástico;

Substâncias químicas em contacto com peças de plástico;

Tensão actuando em peças de plástico;

tipo de plástico

De um modo geral, os plásticos amorfos são mais susceptíveis à fissuração por tensão ambiental do que os plásticos semi-cristalinos ou rígidos. Este facto deve-se ao grande volume livre dos plásticos amorfos em comparação com as estruturas ordenadas e densas dos plásticos semi-cristalinos. Por conseguinte, os plásticos amorfos, como o PC, o ABS, o PPO, o PMMA, etc., são mais propensos à fissuração por tensão ambiental do que o PBT, o POM, o PA66, o PPS, etc. É claro que, mesmo que o mesmo plástico tenha composições diferentes, a sua resistência ao ESC será diferente.

Peso molecular:

À medida que o peso molecular do plástico diminui, a capacidade de resistir ao ESC diminui. Do mesmo modo, para uma dada substância, o fenómeno de degradação das moléculas de ligação diminui com o peso molecular. À medida que o número de ramificações moleculares aumenta, o peso molecular da resina aumenta, o que lhe confere uma resistência extraordinária à tensão crítica ESC.

Baixa cristalinidade:

Nos plásticos semi-cristalinos, a cristalinidade melhora significativamente a resistência do ESC. De um modo geral, quanto maior for a cristalinidade, maior será a densidade correspondente, pelo que a resistência do ESC é melhorada.

produtos químicos

Ligação de hidrogénio: A ligação de hidrogénio de nível médio é um tipo de produto químico que pode facilmente agravar a ocorrência de ESC. Por exemplo, os ésteres orgânicos, as cetonas, os aldeídos, os hidrocarbonetos aromáticos e os hidrocarbonetos clorados são produtos químicos com efeitos ESC mais fortes do que os álcoois orgânicos.

Tamanho molecular: Os reagentes químicos com pesos moleculares mais baixos tendem a agravar a ocorrência de ESC. Por exemplo, o óleo de silicone é mais forte do que a massa de silicone e a acetona é mais forte do que a metil isobutil cetona. Esta conclusão é diretamente extraída do tamanho molecular, e as moléculas mais pequenas têm maior capacidade. Penetrar na estrutura molecular do polímero.

Existem duas fontes principais de produtos químicos;

Durante o processo de produção:

agentes desmoldantes no processo de moldagem por injeção, várias massas lubrificantes nos moldes de injeção, etc., as peças de plástico encontrarão substâncias químicas durante o processamento secundário, como a galvanoplastia, a pintura por pulverização, a serigrafia, etc., bem como durante a embalagem e o transporte.

Durante a utilização:

As partes do acessório são fixadas com substâncias químicas durante o processo de produção, ou existem substâncias químicas no ambiente de utilização, como cola, detergente, óleo lubrificante, etc.

stress

Tensão de tração suportada durante a utilização:

A ESC só ocorre quando o material se encontra num estado de tensão de tração. A tensão de tração é a razão pela qual as moléculas se partem e acabam por causar ESC. A tensão de compressão é suficiente para causar a falha mecânica de peças de plástico em determinadas condições ambientais, mas não é suficiente para causar ESC.

Tensões internas residuais no processo de moldagem por injeção:

A tensão residual de moldagem interna combina-se com a tensão externa para causar ESC. A enorme tensão residual de moldagem é suficiente para causar ESC.

Tensões geradas durante a montagem, como a soldadura por ultra-sons, a soldadura por vibração, a fusão a quente e o aperto de parafusos.

Contramedidas e sugestões para marcas de tensão na superfície de peças de plástico

Estratégias materiais

A escolha da matéria-prima plástica correta é a primeira solução para evitar as marcas de tensão. Devem ser utilizadas matérias-primas plásticas de elevada qualidade, elevada tenacidade e elevada fluidez para melhorar a tenacidade e o módulo de elasticidade do produto e reduzir a concentração de tensões.

Estratégias de conceção

Durante o processo de conceção do produto, a estrutura deve ser concebida de forma racional e o equilíbrio do produto deve ser controlado com base nas caraterísticas do material, nos processos de fabrico e noutros factores para evitar a concentração de tensões e as marcas de tensão. Ao mesmo tempo, deve prestar-se atenção ao controlo da espessura da parede, do ângulo, do raio e de outros factores de peças de plásticoPara aumentar a distribuição uniforme da força do produto, deve ser mantida uma espessura uniforme da parede, especialmente nos bordos e nas juntas do produto.

Estratégias do processo de produção

A adoção de um processo de moldagem adequado é a chave para evitar marcas de tensão. A qualidade do molde deve ser assegurada, a temperatura durante o processo de moldagem deve ser controlada para ser uniforme, e parâmetros como a velocidade de moldagem, a pressão e a direção do campo devem ser bem controlados para evitar tração excessiva, alongamento, etc. Ao mesmo tempo, deve-se prestar atenção aos ajustes correspondentes às mudanças no processo de moldagem durante o processo de produção para garantir uma transição suave em cada ponto de transição.

Estratégias de transporte, carga e descarga

Durante o transporte, a carga, a descarga e a instalação de peças de plástico, deve ter-se o cuidado de evitar uma preensão incorrecta e uma pressão excessiva. Factores como o tamanho e a direção da força devem ser controlados para evitar a concentração de tensões e as marcas de tensão causadas por factores humanos.

Métodos para evitar marcas de tensão na superfície

Para além das contramedidas acima referidas, podem também ser utilizados os seguintes métodos para evitar a ocorrência de marcas de tensão na superfície das peças de plástico:

Utilizar a conceção de otimização do molde para aumentar o controlo do canal quente e da espessura do produto para evitar a concentração de tensões e as marcas de tensão causadas pela fadiga plástica;

Reforçar a gestão da qualidade dos produtos para garantir que cada produto satisfaz os requisitos em termos de qualidade e aparência;

Adquirir equipamento de ensaio adequado para detetar problemas durante o processo de produção e reparar ou substituir atempadamente as peças danificadas;

Preste atenção à utilização de peças de plástico em qualquer altura, resolva os problemas a tempo e garanta que não existem marcas de tensão quando o produto é utilizado durante muito tempo.

Conclusão

A existência de marcas de tensão na superfície das peças de plástico afectará seriamente a estética e a estabilidade do produto. Por conseguinte, deve ser dada especial atenção às causas e contramedidas durante o processo de produção. Com a introdução deste artigo, creio que os leitores compreenderam as causas e as contramedidas das marcas de tensão na superfície das peças de plástico. A adoção de medidas preventivas pode evitar o problema das marcas de tensão durante a utilização de peças de plástico.