這次與大家聊一聊PC/ABS產(chǎn)品環(huán)境應力開裂的問題。噴漆開裂和環(huán)境應力開裂兩者不同，噴漆開裂的應力來源主要是注塑殘余應力，對象特指噴漆件；而環(huán)境應力開裂的應力來源分為機械應力（后文中會詳細介紹）和殘余應力兩種，一般為不噴漆件。相較于ABS材料來說，PC/ABS產(chǎn)品發(fā)生環(huán)境應力開裂（Environment Stress Crack，以下簡稱ESC）的可能性更高一些。

表1 應力開裂的分類

一、環(huán)境應力開裂（ESC）

ESC是指塑料制件，在有應力存在條件下受化學試劑作用發(fā)生的分子鏈斷裂現(xiàn)象，導致制件的開裂失效。這是一種溶劑誘導型的破壞，是化學試劑和應力協(xié)同作用的結果。研究表明，塑料零部件使用過程中的破損問題，其中約25％屬于環(huán)境應力開裂ESC問題。

1.應力類型

由定義可知，產(chǎn)生ESC重要的因素是：持續(xù)的應力+化學試劑誘導。應力分為兩種：機械應力和殘余應力。

1）機械應力：是指在使用過程中，產(chǎn)品一直處于機械應力的作用下。比如螺絲對螺孔部位的擠壓應力、工作中結構件的受力等，都屬于機械應力的范疇；

2）殘余應力：是指由于注塑工藝/產(chǎn)品結構/模具結構等原因所造成的應力殘留?；瘜W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并損害了聚合物鏈的內(nèi)分子力，從而加快分子斷裂。

圖 1 PC/ABS車燈開裂

2.開裂過程

ESC開裂包含了流體吸收（制件使用過程中接觸到的揮發(fā)性溶劑，甚至是空氣）、細紋出現(xiàn)、裂紋擴展和破壞四個環(huán)節(jié)。同時ESC破損有以下兩個典型的特征：

1）脆性斷裂：ESC損壞是由脆性斷裂造成，作為ESC損壞開始的開裂點，總發(fā)生在表面。他們往往是高應力區(qū)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(tài)或液態(tài)活性化學試劑接觸。

2）多重開裂：起初多個單點開裂，隨后連接成一個統(tǒng)一斷裂，眾多的原始開裂和隨后聯(lián)合是ESC破損機理的寫照。

二、PC/ABS材料ECS開裂問題改良方向

了解ESC產(chǎn)生的原理之后，如何改良PC/ABS的ESC開裂問題呢？制件的使用環(huán)境（包含環(huán)境中可能接觸的溶劑、結構件需要承受的力等）無法改變，因此改良方向可以分以下四方面進行：

1.材料耐化學性改良
提高PC/ABS材料的耐化學性，比如：選用丙烯腈含量較高的ABS和耐化學性改良的PC原料作為改性基材等；

2.制件產(chǎn)品設計改良
避免因不良產(chǎn)品結構設計不良而導致的應力問題；

3.注塑殘余應力改良
選用流動性更高的PC/ABS材料，以及注塑工藝向低殘余應力方向調(diào)整；

4.機械應力改良
對于有螺絲柱進行裝配的制件，需要更好的考量螺絲與螺孔的配合問題，設計上在保證鉚合強度的基礎上，盡量的降低螺柱周邊的應力。

三、耐環(huán)境開裂測試方法

1.定拉伸負荷法

在一定的溫度和拉伸負荷下，測試材料的失效情況。
 

每個條件下的試樣需要至少5組，樣品一般為ISO標準的拉伸樣條，尺寸有特定要求。樣品的接觸測試試劑前需要記錄尺寸及外觀狀態(tài)。測試材料在不同的暴露時間、負重（應力）、溫度下，質(zhì)量、尺寸、外觀及拉伸性能發(fā)生的變化。

2.彎曲樣條法

將樣品固定在一定弧度治具上，測定一定實驗時間后材料的性能惡化情況。

該法適合片狀樣品的耐環(huán)境應力開裂測試，尤其是樣品的局部對應力開裂的敏感性?？捎脕頇z測氣體、液體以及含有可遷移物質(zhì)（如聚合物膠黏劑、增塑劑等）的固態(tài)物質(zhì)對特定材料環(huán)境應力開裂的影響。
根據(jù)材料本身性質(zhì)的差異或使用條件的不同，可以選擇不同的應變條件（圖3）。測試樣品根據(jù)需要密封在容器中、放置在室溫環(huán)境中或烘箱中。達到測試時間后，將樣品從測試環(huán)境中移除測試所需要的性能。拉伸強度和斷裂伸長率是非常典型的測試項目。一般習慣用這種方法來表征在測試時間內(nèi)材料應力松弛較小的材料的耐環(huán)境應力開裂性能。

氣態(tài)或者液態(tài)作用試劑具有較強的滲透能力，膏狀作用試劑也能滲透到據(jù)材料表層2-3mm的深度。而如果作用試劑存在彈性體、塑料片等固體介質(zhì)中，一般會將待測試介質(zhì)夾在兩片實驗之間（圖4）進行試驗，保證固態(tài)介質(zhì)和實驗材料之間的接觸有一定的壓力。

圖4 彎曲樣條法三明治夾樣法

3.圓球或頂針插入法

具體方法為在材料上預制一個圓孔，用比圓孔略大的圓球或頂針插入預制的圓孔，給材料施加恒定的應變，并將插有圓球或頂針的樣品放入作用試劑中，觀察材料的失效情況。在測試條件下，施加的應變會產(chǎn)生微裂紋并快速的發(fā)展成可視的裂紋。

通過觀察圓球或頂針附近的裂紋情況或后續(xù)材料的性能變化來檢測材料對特定化學試劑的耐受性。該法適用于模塑或切割成型的制件或樣品。這種方法快速而準確，更適合于無定型材料。對于半結晶性材料頂針法比圓球法更適合。

注：與其他測試方法相比，球壓法對材料近表面的各向異性更不敏感，更適合評估材料在化學試劑下的應力開裂情況。頂針法更適合已成型制件或厚度小的樣品，頂針法要求實樣厚度大于1mm，圓球法要求試料厚度大于2mm，理想厚度是4mm。

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