環境應力開裂

簡介

最新研究表明，塑膠零部件破損，其中25%屬於環境應力開裂(ESC)。

環境應力開裂步驟：ESC是塑膠樹脂粒子在有應力存在下，與特殊化學試劑接觸產生裂解的現象，它是化學試劑與機械應力協同作用的結果。

化學試劑不會直接引起化學作用或分子降解，實際上，是化學試劑滲透到分子結構並損害了聚合物鏈的內分子力，從而加快分子斷裂。

ESC損壞的機械歷程，類似於蠕變損壞，它包括流體吸收、塑性化、細紋出現、紋裂擴展和最終破壞。由於ESC過程取決於化學物質在聚合物結構內的擴散，流體吸收速率是裂紋擴展和開裂擴大兩個速率的決定因素。化學試劑吸收越快，聚合物越易開裂和隨之而來的破損。

近來分析比較，認為蠕變在特定條件下發生的ESC，在此情況下，蠕變是簡化了的ESC，它以空氣作為化學試劑，它們主要區別是活性化學試劑存在，它加速高分子斷裂過程。這種加速作用結果顯著縮短初期開裂的時間，實質上加速裂解擴大化的速率，這樣縮短了最終破損的時間。

ESC的特徵：

環境應力開裂破損均有幾個典型的特徵：

·脆性斷裂：ESC損壞是由脆性斷裂造成，任何材質正常情況均可產生塑變屈服的機理，作為ESC損壞最初開裂點，總發生在表面。他們往往是高應力區域所在，如微觀缺損點或應力集中點。此初始開裂點一般總是直接與氣態或液態活性化學試劑接觸。

多重開裂：起初多個單點開裂，隨後連線成一個統一斷裂，眾多的原始開裂和隨後聯合是ESC破損機理的寫照。

平滑的形態：原始開裂區域，通常當展顯出相對平滑形態時，緩慢的開裂擴展，而活潑的化學試劑能加快初始開裂出現及開裂擴展，粗糙表面，這種現象尤為明顯。

細微裂紋殘留：殘留細微裂紋存在，無論是初始開裂區或附近區域，將預示會產生ESC。在許多場合下當裂縫長度達到一個極限大小時，最終破損將在塑變超荷時變生。

伸展的小纖維：最終斷裂區可能出現伸展的小纖維和其他特徵，這說明這種斷裂是可塑變斷裂。這是一個重要的啟示說明ESC用化學作用機理是不合適的，因此一般伴隨的化學作用引發的分子降解通常是不存在的。

交錯帶：最新實驗表明，一般ESC是通過漸進式開裂擴展機理進行的，在實驗室條件下重塑特徵表面試驗，顯示了一系列交錯帶，相當導致開裂擴展的環。這些觀察到的帶區可以想像是重複出現細紋化的環，隨後通過脆性開裂的裂解擴展，其中包含了蠕變和ESC破損機理各步驟。

材料在一定環境因素(如溫度、濕度、氣氛、液體介質)和應力作用下保持不開裂的能力。常指受多軸應力作用並接觸介質的聚合物試樣或製件抵抗表面出現脆性開裂的能力。

這裡指由於長時間或反覆施加低於塑膠力學性能的應力而引起塑件外部或內部產生裂紋的現象稱為應力開裂。