Убийца пластиков: растрескивание под действием окружающей среды

Растрескивание инженерных пластиков (в частности листового полипропилена, полиэтилена и т.д.) это процесс, при котором материал, деградирует вследствие воздействия химических соединений и механической нагрузки, создающих синергетический эффект. Согласно новейшим исследованиям это является причиной 25% случаев выхода из строя пластиковых деталей и компонентов.

Для правильного понимания механизма разрушения вследствие воздействия окружающей среды можно сравнить его с процессом разрушения пластиковых деталей на открытом воздухе. В этом случае отсутствует воздействие растворов агрессивных сред, и растрескивание материала связано с продолжительным нахождением под статической нагрузкой, вызывающим ползучесть материала, именуемую также статической усталостью. Этот эффект приводит к распутыванию молекулярных цепочек что приводит к охрупчиванию материала.

Процесс разрушения на открытом воздухе состоит из нескольких стадий: образование разрывов в массе материала, их рост и распространение, приводящих к образованию трещин, и, в конечном итоге, к разрушению материала. Этот механизм разрушения обусловлен вязкоэластичной природой полимерных материалов, и по этой причине типичен для полимеров и практически не встречается у металлов.


[B]Стадии процесса разрушения под действием окружающей среды. [/B]

Как уже было отмечено, процесс разрушения полимерных материалов под действием окружающей среды вызван синергетическим эффектом воздействия растворов или паров агрессивных химических соединений и механической нагрузки на материал.

При этом растворы химических соединений не оказывают прямого разрушающего воздействия на молекулярные цепочки, а проникают вглубь материала и ослабляют связи между ними, что приводит к распутыванию молекулярных цепочек.

Т.е. данный процесс в целом схож с процессом разрушения на открытом воздухе и состоит из следующих стадий: абсорбции раствора химического соединения, пластификации материала, образованию разрывов в массе материала, росту трещин и, в конечном итоге, разрушению материала. Единственное отличие от процесса разрушение на открытом воздухе – наличие раствора химического соединения, который ускоряет процесс разматывания молекулярных цепочек. Как результат, процесс разрушения под действием окружающей среды происходит значительно быстрее и при меньших нагрузках, по сравнению с процессом разрушения на открытом воздухе.


[B]Особенности процесса разрушения под де�/B]

Разрушениед действием окружающей среды имеет ряд общих особенностей:

[U]Охрупчивание[/U]
Разрушение происходит вследствие охрупчивания, даже в случаях, когда для материала характепластичный механизм деформаций. Места формирования трещин находятся всегда на поверхности и связаныобластями концентрации напряжений – микроскопических дефектов, рисок, царапин и т.д. в условиях прямого контакта с раствором или парами химических соединений.

[ножественные трещины[/U]
Возникающие мелкие отдельные трещины в дальнейшем объединяются, образуя общий разлом. Многочисленные отдельные трещины их слияния являются отличительным признаком механизма рапод действием окружающей среды.

[U]Гладкая морфология[/U]
Области возникновения трещин обычно имеют относительно гладкую морфологию, свидетельствующую о медленности этого процесса. Однаособо агрессивные химические соединения могут в значительной степени ускорять образование трещин и увеличивать шероховатость поверхности.

[U]Остаточные разрывы[/U]
остаточных разрывов материала в областях образования трещин или на соседних участках также являются характерными признаками разрушения под действием окружающей среды.

[U]Волокна растяжения[/U]
На окончательной стадии, в области разлома могут наблюдаться волокна растяжения и другие признаки пластичного разрушения.

[U]Чередование стадий[/U]
Многочисленные недавние эксперименты показывают, что разрушение под действием окружающей среды развивается как процесс прогрессирующего образования трещин. Исследования областей разлома, сделанные в лаборатории, выявили серии чередующихся полос на материале, соответствующих различным стадиям распространения трещин: образование разрывов и распространение трещин вследствие охрупчивания материала.


[B]Факторы, влияющие на процесс разрушения под действием факторов окружающей среды[/B]

Процесс разрушения под действием окружающей среды может происходить по-разному в зависимости от трех ключевых показателей: тип материала, вид химического соединения и вид напряжения.

[U]Тип материала[/U]

[LIST]
[*] Аморфные типы инженерных пластиков более подвержены растрескиванию под действием окружающей среды по сравнению с полукристаллическими. Это объясняется наличием значительного свободного объема, характерного для аморфных пластиков по сравнению с компактной и упорядоченной структурой полукристаллических пластиков
[*] Чем ниже молекулярный вес, тем больше подверженность растрескиванию и наоборот. Это объясняется тем, что для более длинных молекулярных цепочек характерна большая степень спутанности.
[*] Степень кристалличности полукристаллических инженерных пластиков также влияет на их подверженность растрескиванию. Как правило, чем выше степень кристалличности, тем выше стойкость материала к растрескиванию под действием окружающей среды.
[/LIST]
[U]Вид химического соединения[/U]

[LIST]
[*] Растворы и пары химических соединений с низким и умеренным уровнями водородных связей в целом более агрессивны по сравнению с соединениями, для которых характерен высокий уровень водородных связей. Например органические эстеры, кетоны, альдегиды, ароматические углеводороды и хлорированные углеводороды более агрессивны по сравнению со спиртами и алифатическими углеводородами.
[*] Химические соединения с низкой молекулярной массой более агрессивны, чем соединения высокой молекулярной массой. Например силиконовое масло агрессивнее силиконовых смазок, а ацетон агрессивнее метил-изобутил-кетона. Это объясняется тем, что более мелким молекулам легче проникать в массу материала.
[/LIST]
[U]Вид напряжения[/U]

[LIST]
[*] Растрескивание материала под действием окружающей среды происходит в материале, подвергающемся растяжению, поскольку для распутывания молекул требуется растяжение. Напряжение сжатия, хотя и может приводить, в ряде случаев, к разрушению материала, тем не менее не вызывает растрескивания под действием окружающей среды.
[*] Остаточные напряжения в материале, в комбинации с другими видами напряжений, также могут приводить к растрескиванию под действием окружающей среды.
[/LIST]