Хотя растрескивание под напряжением под воздействием окружающей среды было впервые охарактеризовано еще в пятидесятых годах прошлого века, и стало объектом активного изучения, в 21 веке оно все еще остается эндемичной проблемой. По имеющимся оценкам, 25 процентов от общего количества дефектов пластмассовых продуктов и их компонентов обусловлено ESC, и что, особенно существенно, 90 процентов от этого количества составляют дефекты аморфных пластмасс. Высокая частотность реализации дефектов ESC говорит о широко распространенном недостатке понимания и осмысления проблемы в рамках всей полимерной логистической цепочки, а также у конечных потребителей. Во многих случаях люди, работающие в этой цепочке, могут вносить изменения или же добавлять новые этапы для того, чтобы повысить производительность или улучшить эксплуатационных характеристики продукта, а последствия этого могут быть пагубными для рабочих параметров продукта. В компании Smithers Rapra установили, что многие дефекты ESC возникают из-за введения какой-либо вторичной среды третьей стороной, чего не предусматривалось на стадии проектирования продукта. Примерами таких вторичных сред могут служить: адгезивные вещества, краски, лаки, смазочные вещества, очищающие вещества, аэрозольные спреи, антикоррозийные вещества, жидкости для обнаружения протечек, растительные масла, фруктовые эссенции, чернила и пластификаторы. В отличие от этого, дефекты ESC, возникающие из-за контакта с «первичными» средами, т. е. теми, с которыми продукт должен вступать в контакт за счет погружения или создания оболочки (как это происходит с бутылками, сосудами, трубами или трубками), встречаются довольно редко. В компании Smithers Rapra в ходе исследования сотен случаев дефектов ESC было обнаружено, что источником напряжения является нечто, что неизбежно возникает в процессе формования, и поэтому применение внешнего напряжения не является обязательным условием. Последствия ESC могут быть различными, от просто косметических дефектов, до катастрофических и угрожающих существованию. Следующие примеры демонстрируют масштаб проблемы и необходимость ее осознания, бдительности и управления ею на всех этапах проектирования и производства. Поликарбонат, производимый с помощью литьевого формования, использовался для изготовления защитных шлемов, поскольку этот сверхжесткий материал обеспечивает прекрасную защиту. Тем не менее, на практике его эксплуатационные характеристики оказались намного хуже ожидаемых. Причина возникновения этой проблемы была изучена. Оказалось, что всему виной мода на украшение шлемов клейкими наклейками и краской на основе растворителя. При реализации контакта с этими жидкими средами номинально низкое напряжение, полученное в ходе обработки, было достаточным для того, чтобы вызвать образование микротрещин. Этот непредвиденный вторичный контакт с жидкими средами нарушал структурную целостность шлемов, делая их хрупкими в условиях ударного воздействия. Неподвижные баки для масла, создаваемые из полиэтилена с помощью центробежного формования, с ожидаемым сроком эксплуатации в 20 лет оказались подверженными преждевременному разрушению после всего лишь 2 – 3 лет эксплуатации. Оказалось, что заключенная в них керосиновая среда действовала как вещество, вызывающее ESC для используемой марки полиэтилена. Прозрачные полистирольные глаза мягкой игрушки стали непрозрачно «молочными», как будто игрушка заболела катарактой. Глаза были закреплены с помощью металлических пружинящих колец, которые были покрыты жидкостью для резки металлов. Сочетание напряжения сборки с жидкостью дало образование микротрещин поверхности, которые препятствовали проникновению световых лучей, создавая, тем самым, эффект молочных глаз. 1. Пульты из АБС-пластика растрескались из-за миграции пластификатора из изоляции провода из ПВХ. 2. Сверхпрочная полиэтиленовая упаковка отказала из-за наличия силиконового масла на круглом уплотнительном кольце. 3. Бутылочки для кормления молоком из поликарбоната треснули из-за попадания инсектицидного спрея. 4. Детские пустышки из поликарбоната треснули сами собой из-за сочетания высокого напряжения в области термосварного соединения и воздействия очищающих жидкостей. Оборудование, созданное из целого ряда различных пластмассовых и железных деталей, было герметично упаковано в контейнер для транспортировки. Для того чтобы защитить стальные детали, был добавлен ингибитор коррозии, который содержал органический амин. Пар дал угнетение коррозии, но он также вызвал растрескивание от напряжения многих пластмассовых деталей. Растрескивание поликарбонатного листа, который использовался для изготовления пуленепробиваемого окошка для кассира, было вызвано остаточным напряжением внутри листа, напряжением сборки при установке и несанкционированным использованием имеющихся на рынке чистящих веществ. Небольшие количества напряжения, прилагаемые на протяжении длительного периода времени, вызывают чисто «механическую» деградацию» в виде микротрещин поверхности и трещин. Именно в этом заключается причина долговременного перехода от эластичного поведения к хрупкому поведению, наблюдающегося у гибких пластмасс. Этот механизм, известный как разрушение при ползучести или статическая усталость, является распространенной причиной образования дефектов продукта, и его легко просмотреть, считая причиной предполагаемые воздействия окружающей среды. Многие факторы ускоряют этот протекающий естественным образом процесс охрупчивания, включая: концентрацию напряжения (чувствительность к надрезу), повышение температуры, циклическое нагружение (динамическую усталость), а также контакт со специфическими химическими средами (ESC). В упрощенном виде можно сказать, что механизм ESC - это физическое взаимодействие, включающее высоко локализированную пластификацию из-за усиленного напряжением поглощения жидкости дефектами, концентрирующими напряжение, которое не включает химических изменений или молекулярной деградации пластмассы. |
