Поглощение любой жидкости пластифицирует полимер и уменьшает его предел текучести. Чем выше концентрация поглощаемой жидкости, тем ниже предел текучести. Дефектные окончания, находящиеся под напряжением, поглощают больше жидкости, чем окружающий материал. Соответственно, предел текучести материала имеет самое низкое значение в тех точках, где напряжение наивысшее. Концентрация напряжения перед начальной находящейся в состоянии текучести зоной остается высокой, жидкость поглощается локально, и эта зона растет над тонкой плоскостью перпендикулярно прикладываемому напряжению до тех пор, пока не появляются сеть микротрещин и повреждения. Поскольку большинство жидкостей имеет большее родство к пластмассе, чем к воздуху, большинство жидкостей (включая и воду) ускоряет процесс охрупчивания. 

Таким образом, можно считать, что в том, что касается их воздействия на отдельные пластмассы, все жидкости могут быть охарактеризованы как вещества, вызывающие растрескивание под воздействием напряжения. В целом, едва ли есть какие-либо шансы отслеживать экспериментальные данные по ESC для определенной данной пары жидкости и пластмассы. Это обусловлено тем, что существуют десятки тысяч жидких химических веществ и множество основных пластмасс. Соответственно, если перед Вами станет распространенный вопрос «какую именно пластмассу безопасно использовать при контакте с определенными жидкостями», единственным практическим способом получения ответа является прогнозирование или проведение испытаний. На основании имеющихся опубликованных данных и области распространения ESC, можно сделать следующие обобщения:

Аморфные термопласты в значительно большей степени подвержены ESC, чем и полукристаллические термопласты, и термоотверждающиеся материалы. Устойчивость поликристаллических полимеров к ESC основывается на наличии зон плотного расположения кристаллов, которые действуют в качестве барьеров для проникновения жидкостей, а также как барьерные образования. Проводились серьезные исследования ESC полиэтилена, который является полукристаллической пластмассой. Было выявлено, что молекулярная архитектура, плотность, длина и степень спутанности межкристаллических молекул (связанных молекул), оказывают большое влияние на устойчивость к ESC. Это исследование позволило оптимизировать для полиэтилена молекулярную архитектуру для получения улучшенных эксплуатационных характеристик в том, что касается ESC. К сожалению, в случае со стеклообразными аморфными термопластами не имеется связанных молекул, и поэтому число способов повышения устойчивости к ESC ограничено.

Жидкости с умеренным образованием водородных связей, скорее всего, будут являться умеренными  инициаторами растрескивания под действием напряжения. В их состав обычно входят ароматические углеводороды, галогенизированные углеводороды, эфиры, кетоны, альдегиды, сложные эфиры, а также компаунды, содержащие азот и серу. Жидкости без образования водородных связей, такие как алифатические углеводороды, и жидкости с большим количеством водородных связей, такие как вода и спирт, в этом плане оказываются значительно менее агрессивными.

Жидкости с большим молярным объемом, которые обычно имеют большую вязкость и высокие точки кипения, менее склонны к тому, чтобы становиться агрессивными веществами, вызывающими растрескиванием под воздействием окружающей среды. Жидкости ведут себя наиболее агрессивно, когда они близки к точке кипения.

Аморфные пластмассы в большей степени подвержены ESC при температурах, приближающихся к их температуре перехода в стеклообразное состояние.

Полимеры с низкой молекулярной массой (с высоким индексом текучести расплава) страдают от пониженной устойчивости к ESC.

К числу типов испытаний, которые можно использовать для получения совместимости ESC, относятся:

Испытания балки на изгиб (одноконсольное со сгибанием в трех точках, и испытания Bell Telephone): при наличии ситуации необходимости выбора одной или нескольких пластмасс и ряда жидкостей, можно проводить разнообразные недорогие испытания для исключения пар пластмассы и жидкости.

Разрушение ползучести при растяжении: это наиболее прямой метод количественного определения воздействия жидкости на износостойкость пластмассового материала. Он предполагает применение напряжения растяжения и фиксирование времени разршения. Как показано на Рисунке 3, на воздухе время разрушения несколько увеличивается по мере того, как уменьшается напряжение. Безопасное допустимое напряжение будет составлять половину напряжения, необходимого для того, чтобы вызвать разрушение при ожидаемом сроке эксплуатации. Жидкость, вызывающая растрескивание при напряжении, может незначительно воздействовать (или вообще не оказывать никакого воздействия) при высоких напряжениях и небольшом времени разрушения. Тем не менее, при средней и большой продолжительности, будет иметь место массированное снижение прочности, и, следовательно, сильное снижение износостойкости.

Ползучесть при растяжении: если осуществлять мониторинг ползучести при растяжении материала на воздухе и при контакте с жидкостью, вызывающей растрескивание под воздействием напряжения, до разрушения ползучести, то можно обнаружить воздействие жидкости и при меньших сроках, как показано на Рисунке 4. Отклонение реакции на ползучесть обычно имеет место после одной десятой времени для отклонения в области реакции на разрушение при ползучести. Повышение скорости ползучести совпадает с началом образования микротрещин/трещин, и как таковое может быть принято в качестве критерия для безопасного применения (допустимое напряжение и допустимый срок эксплуатации). При создании многих применений, например, защитных шлемов, начальное повреждение является более разумным критерием, чем реальное разрушение.

Выводы.

На основе нашего опыта работы в компании Smithers Rapra мы советуем проектировщикам очень внимательно рассматривать потенциал ESC для всех этапов работы логистической цепочки, и принимать меры к обеспечению жесткого контроля и соответствующего уведомления конечных потребителей. Более того, мы очень поддерживаем идею проведения испытаний материала и воздействия на продукт во всех потенциальных средах как части программы разработки любого продукта. Подобные испытания это небольшая цена, которую можно заплатить, если принять в расчет затраты на отзыв продукта, судебные разбирательства и утрату репутации.

www.newchemistry.ru