Prueba de agrietamiento por tensión ambiental (ESC)

El agrietamiento por tensión ambiental (ESC) de polímeros es un modo de falla por fractura que ocurre como resultado de la exposición a tensión mecánica y en presencia de una sustancia química que inicia el alivio de la tensión.

Al diseñar piezas a partir de polímeros, se debe tener en cuenta el agrietamiento por tensión ambiental (ESC). Las variables de permeabilidad tienen una fuerte influencia en el agrietamiento por tensión, lo que debe considerarse en el diseño de piezas y la selección de materiales. Los diferentes polímeros varían en su propensión al agrietamiento por tensión ambiental, dependiendo principalmente de su grado de cristalinidad.

El procesamiento de la resina afecta la cristalinidad. La reducción de la temperatura y el tiempo de procesamiento y el enfriamiento o enfriamiento rápido al final del proceso de producción reducen el contenido de cristales, aumentando así el contenido amorfo. Si el enfriamiento es demasiado rápido, se desarrollan tensiones residuales en las piezas que reducen su resistencia al agrietamiento por tensión ambiental. El aumento del peso molecular del polímero reduce su cristalinidad y aumenta su resistencia al agrietamiento por tensión. Las cadenas más largas tienen mayor resistencia a la tracción, es decir, mayor capacidad de carga.

El efecto de agrietamiento por tensión ambiental de los productos químicos sobre los polímeros se puede medir exponiendo el polímero al producto químico en las condiciones deseadas. Luego se miden las propiedades de tracción de la muestra expuesta. Cualquier pérdida de alargamiento y resistencia a la tracción indica agrietamiento por tensión ambiental.

Brevemente, la capacidad de un polímero para resistir el crecimiento lento de grietas o el agrietamiento por tensión ambiental se conoce como agrietamiento por tensión ambiental (ESC). Los diferentes polímeros exhiben distintos grados de agrietamiento por tensión ambiental. Algunos tienen muy buena resistencia al agrietamiento por tensión ambiental, mientras que otros tienen una flexibilidad marginal.

El agrietamiento por tensión ambiental es un ejemplo de degradación de materiales por la acción simultánea de tensión y acción química. Los materiales químicos no causan ninguna degradación química del polímero, pero aceleran el proceso de formación de grietas macroscópicas quebradizas. De manera similar, el voltaje aplicado normalmente está por debajo del nivel que causaría daños mecánicos a los materiales. Sin embargo, cuando sus efectos sinérgicos se combinan, provocan el fracaso financiero.

El agrietamiento por tensión ambiental ocurre en polímeros amorfos como el poliestireno (PS) y el cloruro de polivinilo (PVC), pero también en algunos termoplásticos semicristalinos como el polietileno (PE), el polipropileno (PP) y el polibutileno (PB). La estructura amorfa del polímero facilita la difusión del disolvente necesaria para que se produzca el proceso de daño.

Las tensiones que causan el agrietamiento ambiental ahora son causadas por tratamientos térmicos como el trabajo en frío, la soldadura y el esmerilado, o pueden aplicarse externamente durante el servicio y deben ser de tracción (en lugar de compresión) para ser efectivos.

Las grietas se forman y se propagan en ángulos aproximadamente rectos con respecto a la dirección de las tensiones de tracción, a niveles de tensión mucho más bajos que los necesarios para fracturar el material en ausencia de un entorno corrosivo. A medida que el agrietamiento penetra más en el material, reduce la sección transversal de soporte del material hasta el punto de falla estructural debido a la sobrecarga.

El proceso de prueba de agrietamiento por tensión ambiental (ESC) implica aplicar una tensión conocida al polímero en condiciones de prueba y exponer el polímero al entorno de agrietamiento por tensión ambiental relevante. En laboratorios avanzados, se diseña un programa de pruebas para evaluar el desempeño del material cuando se expone a agentes de agrietamiento por tensión tanto primarios como secundarios.

Algunos de los agentes para aliviar el estrés probados son: pinturas, adhesivos, agentes de limpieza, lubricantes, plastificantes, tintas, aerosoles, líquido detector de fugas, esencias de frutas y aceites vegetales.

Los principales estándares internacionales basados ​​en ensayos de agrietamiento por tensión ambiental (ESC) son:

• “ASTM D543-20 Prácticas estándar para evaluar la resistencia de los plásticos a reactivos químicos”. Estas aplicaciones incluyen la evaluación de todos los materiales plásticos, incluidos productos de resina laminada, moldeados en caliente y en frío, y materiales en láminas, para determinar su resistencia a los reactivos químicos. En esta norma se presentan tres procedimientos. Dos de ellos se encuentran bajo prueba de inmersión, uno bajo tensión mecánica y exposición a reactivos en condiciones estandarizadas de voltaje aplicado. Estas aplicaciones incluyen pautas para informar cambios de peso, tamaño, apariencia, color, durabilidad y otras propiedades mecánicas.
• “ISO 22088-3 Plásticos - Determinación de la resistencia al agrietamiento por tensión ambiental (ESC) - Parte 3: Método de tira hilada”. Esta norma describe un método de prueba para determinar la resistencia al agrietamiento por tensión ambiental (ESC) de los termoplásticos cuando se someten a una tensión de flexión constante en presencia de productos químicos. El agrietamiento por tensión ambiental se indica por el cambio de una propiedad indicativa seleccionada apropiadamente de muestras sometidas a tensión durante un período de tiempo en el medio ambiente. El método de prueba es adecuado para determinar la resistencia de láminas y probetas planas, en particular la susceptibilidad de áreas superficiales localizadas de las probetas al agrietamiento por tensión ambiental.

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