[科普中国]-环境应力开裂

环境应力开裂是指当有应力存在下，塑料树脂受化学试剂作用发生的降解现象，最终导致塑料组分的损坏。这是一种溶剂诱导型的破坏，是化学试剂和机械应力协同作用发生的裂解。

简介最新研究表明，塑料零部件破损，其中25%属于环境应力开裂(ESC)。

环境应力开裂步骤：ESC是塑料树脂粒子在有应力存在下，与特殊化学试剂接触产生裂解的现象，它是化学试剂与机械应力协同作用的结果。

化学试剂不会直接引起化学作用或分子降解，实际上，是化学试剂渗透到分子结构并损害了聚合物链的内分子力，从而加快分子断裂。

ESC损坏的机械历程，类似于蠕变损坏，它包括流体吸收、塑性化、细纹出现、纹裂扩展和最终破坏。由于ESC过程取决于化学物质在聚合物结构内的扩散，流体吸收速率是裂纹扩展和开裂扩大两个速率的决定因素。化学试剂吸收越快，聚合物越易开裂和随之而来的破损。

近来分析比较，认为蠕变在特定条件下发生的ESC，在此情况下，蠕变是简化了的ESC，它以空气作为化学试剂，它们主要区别是活性化学试剂存在，它加速高分子断裂过程。这种加速作用结果显著缩短初期开裂的时间，实质上加速裂解扩大化的速率，这样缩短了最终破损的时间。

特点ESC的特征：

环境应力开裂破损均有几个典型的特征：

·脆性断裂：ESC损坏是由脆性断裂造成，任何材质正常情况均可产生塑变屈服的机理，作为ESC损坏最初开裂点，总发生在表面。他们往往是高应力区域所在，如微观缺损点或应力集中点。此初始开裂点一般总是直接与气态或液态活性化学试剂接触。

多重开裂：起初多个单点开裂，随后连接成一个统一断裂，众多的原始开裂和随后联合是ESC破损机理的写照。

平滑的形态：原始开裂区域，通常当展显出相对平滑形态时，缓慢的开裂扩展，而活泼的化学试剂能加快初始开裂出现及开裂扩展，粗糙表面，这种现象尤为明显。

细微裂纹残留：残留细微裂纹存在，无论是初始开裂区或附近区域，将预示会产生ESC。在许多场合下当裂缝长度达到一个极限大小时，最终破损将在塑变超荷时变生。

伸展的小纤维：最终断裂区可能出现伸展的小纤维和其他特征，这说明这种断裂是可塑变断裂。这是一个重要的启示说明ESC用化学作用机理是不合适的，因此一般伴随的化学作用引发的分子降解通常是不存在的。

交错带：最新实验表明，一般ESC是通过渐进式开裂扩展机理进行的，在实验室条件下重塑特征表面试验，显示了一系列交错带，相当导致开裂扩展的环。这些观察到的带区可以想象是重复出现细纹化的环，随后通过脆性开裂的裂解扩展，其中包含了蠕变和ESC破损机理各步骤。1

耐环境应力开裂材料在一定环境因素(如温度、湿度、气氛、液体介质)和应力作用下保持不开裂的能力。常指受多轴应力作用并接触介质的聚合物试样或制件抵抗表面出现脆性开裂的能力。

应力开裂这里指由于长时间或反复施加低于塑料力学性能的应力而引起塑件外部或内部产生裂纹的现象称为应力开裂。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学