Plastiklerde çevresel gerilimli çatlama

Yapıştırılmış ve kaplanmış montajlarda çevresel gerilimli çatlama

Temel çıkarımlar

• ESC, gerilim ve kimyasal maruziyetin aynı anda bulunmasını gerektirir; tek başına her biri çoğunlukla zararsızdır ve malzeme veri sayfalarının bunu öngörememesinin nedeni budur.
• Montaj her ikisini de sağlar. Yapıştırıcılar, çözücüler, kaplamalar ve bunları uygularken kullanılan sıkıştırma, kimyasal ajanı ve gerilimi aynı anda devreye sokar.
• Hassas sınıf amorf polimerlerdir: polikarbonat, ABS, akrilik, polisülfon ve PPO, yarı kristalin polimerlere kıyasla bu şekilde çok daha sık hasar görür.
• Kalıplama sırasında içeride kalan artık gerilim görünmezdir ve çoğu zaman kullanım yükünden daha büyüktür; tavlama ve polarize ışıkla inceleme bunu bulmanın ucuz yollarıdır.

Çevresel gerilimli çatlama, plastiklerin normalde nasıl şartnameye bağlandığını boşa çıkardığı için mühendislik ekiplerini en sık şaşırtan hasar modudur. Malzeme çekme mukavemetini sağlar. Parça bu mukavemetin çok altında yüklenir. Temas ettiği kimyasal uyumlu olarak listelenmiştir. Buna rağmen montaj, sevkiyattan haftalar sonra, malzemenin veri sayfasındaki davranışına hiç benzemeyen gevrek bir biçimde çatlar.

Bunun açıklaması, ESC'nin yalnızca malzemenin bir özelliği olmamasıdır. ESC; malzemenin, gerilim durumunun ve kimyasal ortamın bileşiminin bir özelliğidir ve şartname süreci bu üçünü genellikle ayrı ayrı değerlendirir.

Mekanizma, kısaca

Çekme gerilimi altındaki amorf polimerler çatlak öncesi mikro çatlaklar (craze) oluşturur: çekilmiş polimer fibrilleriyle köprülenmiş mikroskobik boşluk bölgeleri. Normal koşullarda bu mikro çatlaklar enerji emer ve büyük ölçüde zararsızdır. Polimerle doğru çözünürlük ilişkisine sahip bir kimyasal ajan devreye girerse mikro çatlağın içine nüfuz eder, fibrilleri yerel olarak plastikleştirir ve mikro çatlağın gerçek bir çatlağa dönüşmesi için gereken gerilimi düşürür. Polimer çözünmez veya kimyasal olarak bozunmaz; gerilimsiz numuneler üzerindeki geleneksel kimyasal uyumluluk testleri bir sorun bulmaz, ancak çatlak ilerlemesinin önündeki enerji bariyeri çökmüştür.

Bundan iki sonuç çıkar. Birincisi, her iki bileşen de kesinlikle gereklidir: aynı kimyasal içindeki gerilimsiz bir parça sorunsuzdur, temiz havadaki gerilimli bir parça da sorunsuzdur. İkincisi, süreç zamana bağlıdır ve eşik esaslıdır; bu yüzden bir parça aylarca dayanıp sonra hasar görebilir ve gerilimde veya konsantrasyonda küçük bir artış hasar süresini bir büyüklük mertebesi kaydırabilir.

Neden genellikle montaj sorumludur

Yapıştırma, kaplama ve dekorasyon işlemleri, gerekli iki koşulu aynı yerde sağlama konusunda olağandışı derecede etkilidir.

• Çözücüler. Çözücü bazlı yapıştırıcılar, astarlar, temizlik mendilleri ve mürekkepler kimyasal ajanı polimerle doğrudan temasa getirir; bağlantı nerede ise parçanın en yüksek gerilimli bölgesi de çoğunlukla orasıdır.
• Kürlenme büzülmesi. Yapıştırıcılar ve kaplamalar kürlenirken büzülür; rijit bir altlık malzemeye bağlanmış rijit bir film bu büzülmeyi altlığın yüzeyinde, tam da mikro çatlakların başladığı yerde çekme gerilimi olarak iletir.
• Montaj gerilimi. Sıkı geçmeler, geçmeli bağlantılar, kendinden dişli vidalar, kürlenme sırasındaki sıkıştırma ve uyumsuz ısıl genleşme kalıcı gerilim yükler. Kullanım yüklerinin aksine bunlar hiçbir zaman ortadan kalkmaz.
• Kalıplamadan kalan artık gerilim. Çoğu zaman en büyük terimdir ve görünmezdir. Bir parça kalıptan, kullanımda uygulanacak her şeye kıyasla eşdeğer veya daha büyük bir iç gerilimle çıkabilir; bu gerilim giriş noktalarının, et kalınlığı geçişlerinin ve birleşme çizgilerinin yakınında yoğunlaşır.

Kullanım yükünü gerilim terimi olarak ele alıp diğer üçünü göz ardı eden bir inceleme, parçanın sınırların çok altında yüklendiği ve ESC'nin imkânsız olduğu sonucuna varır. Bu sonuç, her seferinde kontrol etmeye değecek kadar sık yanlıştır.

Göremediğiniz gerilimi bulmak

Artık gerilim ölçümü gelişmiş ekipman gerektirmez. Çapraz polarize filtreler arasına yerleştirilen şeffaf ve yarı saydam parçalar, gerilim dağılımını doğrudan haritalayan çift kırılma desenleri gösterir; teknik dakikalar sürer ve giriş bölgeleri ile birleşme çizgilerinin yüksek gerilim taşıyıp taşımadığını hemen ortaya koyar. Opak parçalarda, tanımlı bir reaktifte tanımlı bir süre kontrollü daldırma, mikro çatlakları öncelikle gerilimli bölgelerde oluşturarak nitel bir harita verir. Bir numuneyi cam geçiş sıcaklığının hemen altında tavlayıp boyutsal değişimi ölçmek, ne kadar gerilimin donmuş halde kaldığını nicel olarak belirler.

Artık gerilimin önemli olduğu doğrulandığında, düzeltici eylemler kalıplama eylemleridir: daha yüksek kalıp sıcaklığı, daha yavaş dolum, ayarlanmış ütüleme basıncı, giriş noktasının taşınması, ani geçişlerden kaçınmak için daha kalın kesitli yeniden tasarım ve bazı durumlarda kalıplama sonrası tavlama. Bunlar genellikle malzemeyi değiştirmekten daha ucuzdur ve sahada geri çağırma kampanyasından her zaman daha ucuzdur.

Kimyasal maruziyeti tasarımdan çıkarmak

Ajan süreç tarafından getiriliyorsa ikame çoğunlukla mümkündür ve yeterince kullanılmaz. Agresif çözücüler yerine çözücüsüz veya su bazlı temizleyiciler; çözücü ile yapıştırılan bağlantılar yerine UV ile kürlenen veya sıcak eriyik yapıştırıcılar; düşük büzülmeli yapıştırıcı formülasyonları ve özellikle polikarbonat ile akrilik için, bu altlık malzemelerde çatlamaya neden olmadığı özel olarak nitelendirilmiş yapıştırıcı kimyasalları.

Ajan kullanım sırasında geliyorsa (temizlik ürünleri, güneş koruyucular, böcek kovucular, yakıtlar, bitişik parçalardan sızan plastikleştiriciler, tıbbi ortamlardaki dezenfektanlar) tasarım yanıtı, açıktaki yüzeydeki sürekli çekme gerilimini azaltmak, bağlantıları maruziyetten uzağa yerleştirmek veya yarı kristalin bir malzemeye geçmektir. Güneş koruyucu ve el dezenfektanı özellikle anılmayı hak eder; çünkü tüketici ve tıbbi ürünlerde sürekli saha arızalarına yol açarlar ve neredeyse hiçbir zaman ilk gereksinim belgesinde yer almazlar.

Gerçekten öngörü sağlayan testler

Standart kimyasal uyumluluk tabloları gerilimsiz numuneler üzerinde derlenir ve bu nedenle ESC riskini sistematik olarak olduğundan düşük gösterir. Anlamlı test, gerilimi ve kimyasalı aynı anda uygular. Bükülmüş şerit testi, numuneleri ajana maruz bırakırken tanımlı bir birim şekil değiştirmede tutar; sabit çekme yükü testi, bir dizi gerilim seviyesinde hasara kadar geçen süreyi ölçer; gerçek yapıştırıcı ve gerçek sıkıştırma ile monte edilmiş gerçek parça üzerindeki test ise montajın kendisinden gelen gerilim katkısını yakalayan tek yöntemdir.

Vekil maddeler yerine gerçek kullanım kimyasallarını, kimsenin şartnamede belirtmediği ama herkesin kullandığı kimyasallar dahil olmak üzere çalıştırın. ESC sıcaklıkla güçlü biçimde hızlandığı için gerçekçi olabilecek en yüksek sıcaklıkta test edin. Mümkün olduğunda sabit bir süre yerine hasara kadar çalıştırın; çünkü marjı bilmek, parçanın rastgele bir süre dayandığını bilmekten daha değerlidir.

Sahada tanımak

ESC, bir plastik parçanın kırılma biçimlerinden onu ayıran belirgin bir görünüme sahiptir. Normalde sünek olan bir malzemede bile kırılma gevrektir; kopma noktasında çok az çekilme veya gerilme beyazlaşması görülür veya hiç görülmez. Çatlak yüzeyi, başlangıcına yakın bölgede genellikle pürüzsüz ve camsıdır; çoğunlukla çatlağın başladığı ayna gibi bir bölge ve onu çevreleyen, çatlağın hızlandığı daha pürüzlü malzeme görülür. Çok sayıda paralel çatlak veya kırılmanın yakınında ince mikro çatlak ağı yaygındır ve basit aşırı yük hasarlarında nadiren görülür.

Konum da aynı derecede teşhis edicidir. ESC çatlakları, çekme geriliminin en yüksek olduğu ve kimyasal temasın gerçekleştiği yerde başlar; bu nedenle giriş noktalarında, birleşme çizgilerinde, et kalınlığı geçişlerinde, ekler ve vida yuvalarının çevresinde, bağlantı hatlarına ve kaplanmış kenarlara hemen bitişik bölgelerde kümelenir. Bir yapıştırıcı damlasının kenarından başlayıp parçaya doğru ilerleyen bir çatlak neredeyse bir imzadır.

Teşhisten emin olunmadığında doğrulama, bir yeniden üretim testidir: aynı partiden gerilimsiz parçalar alın, bilinen bir birim şekil değiştirme uygulayın, şüpheli ajana maruz bırakın ve aynı kırılma görünümünün gelişip gelişmediğine bakın. Gelişiyorsa mekanizma kesinleşmiştir ve düzeltici eylem (gerilimi azaltmak, ajanı değiştirmek veya malzemeyi değiştirmek) tahmine göre değil maliyete göre seçilebilir.

İlgili okumalar

• Yapıştırma ve birleştirme
• Kök neden analizi yöntemleri
• Polikarbonat
• Gizli neden olarak birleşme çizgileri ve kaynak çizgileri
• Yarı kristalin termoplastikleri yapıştırmanın en iyi uygulamaları

Bu konuda yardıma mı ihtiyacınız var?

The Sabreen Group, birleştirilmiş plastiklerde çevresel gerilimli çatlamanın teşhisi ve tasarımla ortadan kaldırılması için bağımsız mühendislik desteği sağlar. Mühendislik hizmetleri ekibimiz, üreticilerle proses geliştirme, malzeme nitelendirme ve üretim sorun gidermede çalışır. Uygulamanızı görüşmek için bizimle iletişime geçin.

Sıkça sorulan sorular

Çevresel gerilimli çatlama tam olarak nedir?

ESC, bir polimerin mekanik gerilim ve kimyasal ajanın birleşik etkisi altında, ikisinden hiçbirinin tek başına hasara yol açmayacağı gerilim seviyelerinde ve kimyasal konsantrasyonlarında gevrek biçimde çatlamasıdır. Ajan polimere kimyasal olarak saldırmaz; yeni yüzeyler oluşturmak için gereken enerjiyi azaltarak mikro çatlak oluşumunu ve çatlak büyümesini hızlandırır.

Hangi plastikler en hassastır?

Hassas sınıf amorf termoplastiklerdir: polikarbonat, ABS, akrilik, polistiren, polisülfon ve modifiye PPO. Polipropilen, asetal, naylon ve PBT gibi yarı kristalin malzemeler, kristal bölgeleri mikro çatlak ilerlemesini engellediği için önemli ölçüde daha dirençlidir; ancak agresif koşullarda bağışık değildirler.

Bir yapıştırıcı gerilimli çatlamaya neden olabilir mi?

Evet, üstelik yaygın bir mekanizmadır. Çözücü bazlı yapıştırıcılar ve temizleyiciler kimyasal ajanı doğrudan sağlar, reaktif sistemlerin kürlenmemiş bileşenleri ajan görevi görebilir ve kürlenme büzülmesi gerilim sağlar. Bu nedenle bir bağlantı, gerekli iki koşulu aynı noktada aynı anda yaratabilir; yapıştırılmış polikarbonat ve akrilik montajların bu şekilde bu kadar sık hasar görmesinin nedeni budur.

Kalıplanmış bir parçadaki artık gerilimi nasıl tespit ederiz?

Polarize ışık, şeffaf parçalarda gerilim desenlerini doğrudan gösterir. Opak parçalarda, kontrollü bir reaktifle yapılan çözücü daldırma testi, gerilimli bölgeleri mikro çatlak olarak ortaya çıkarır. Bir numuneyi cam geçişin altında tavlayıp boyutları yeniden ölçmek, ne kadar donmuş gerilim bulunduğunu gösterir. Üçü de saha arızasına kıyasla ucuzdur.

ESC hemen mi yoksa zamanla mı ortaya çıkar?

Genellikle zamanla; onu tehlikeli yapan da budur. Kullanım gerilimi seviyelerinde çatlak başlangıcı haftalar veya aylar sürebilir, bu yüzden parçalar tüm üretim testlerini geçer ve sahada hasar görür. Müşterilerden önce ortaya çıkarmanın tek güvenilir yolu, uygulanan gerilim altında gerçek kullanım kimyasallarıyla hızlandırılmış testtir.

---