Butelki PETG i pękanie naprężeniowe: analiza techniczna
Czy PETG pęka pod wpływem naprężenia? Krótka odpowiedź brzmi: tak, ale znacznie mniej niż w przypadku standardowego PET lub poliwęglanu i zazwyczaj tylko w określonych warunkach, którym można zapobiec.
W świecie opakowań i wzornictwa przemysłowego pękanie naprężeniowe-tendencja polimeru do pękania pod wpływem naprężeń mechanicznych w obecności środków chemicznych lub czynników środowiskowych-jest krytycznym rodzajem awarii. W przypadku politereftalanu etylenu (PETG) unikalna amorficzna struktura materiału zapewnia mu wyraźną przewagę nad wieloma innymi przezroczystymi tworzywami termoplastycznymi.
Zaleta molekularna: dlaczego PETG jest sprężysty
Standardowy PET (tereftalan polietylenu) jest materiałem półkrystalicznym. Po przetworzeniu ma tendencję do tworzenia uporządkowanych struktur krystalicznych. Chociaż zapewnia to sztywność, te krystaliczne obszary działają jako „słabe punkty” lub koncentratory naprężeń pod wpływem uderzenia lub narażenia chemicznego. Ponadto standardowy PET ma wysoką temperaturę zeszklenia (Tg ~70-80 stopni), co powoduje, że jest kruchy w temperaturze pokojowej -8.
PETG modyfikuje to poprzez dodanie glikolu (CHDM) podczas polimeryzacji. Dodatek ten zakłóca zdolność łańcucha polimeru do krystalizacji.Rezultatem jest w pełni amorficzny termoplast-1. Bez struktur krystalicznych PETG zachowuje doskonałą klarowność i, co najważniejsze, posiada wyższą tolerancję na odkształcenia. Może się zginać i pochłaniać energię, zamiast się rozbijać.
Kwantyfikacja oporu
Dane branżowe i specyfikacje materiałowe potwierdzają, że PETG jest „odporny na pękanie pod wpływem naprężeń” -1. Swoiście,Szacuje się, że PETG jest od 3 do 10 razy bardziej-odporny na uderzenia niż standardowy PET-9. Z badań porównawczych wynika, że chociaż poliwęglan (PC) jest znany z dużej udarności, jest on notorycznie podatny na pękanie naprężeniowe chemiczne pod wpływem rozpuszczalników i zasad. PETG osiąga równowagę: zapewnia wyższą wytrzymałość w porównaniu z akrylem (PMMA) i PET, przy znacznie lepszej odporności chemicznej niż PC-4.
Granice: gdy PETG zawodzi
Pomimo swojej wytrzymałości, PETG nie jest odporny na pękanie naprężeniowe. Awaria zwykle występuje w trzech określonych warunkach:
Wysokie obciążenie mechaniczne + atak chemiczny:PETG ma dobrą odporność chemiczną, ale jest podatny na działaniemocne chlorowane rozpuszczalniki(jak dichlorometan) i agresywne węglowodory aromatyczne -4. Jeśli butelka jest poddawana dużym naprężeniom obwodowym (np. zatrzaskowe wieczko lub ciśnienie wewnętrzne) i wchodzi w kontakt z tymi substancjami chemicznymi, może wystąpić pękanie naprężeniowe (ESC).
Wady przetwarzania (naprężenia szczątkowe):Butelki-formowane wtryskowo lub termoformowane mogą zamarznąć pod wpływem „naprężeń szczątkowych” podczas szybkiego chłodzenia. Jeśli te naprężenia nie zostaną wyżarzone, butelka stanie się krucha. Jest to problem produkcyjny, a nie wada materiałowa. Właściwe suszenie peletek PETG (aby zapobiec hydrolizie) jest niezbędne do utrzymania ciągliwości -4.
Czułość na szybkość odkształcania:Niedawne badania akademickie wskazują, że PETG zachowuje się plastycznie pod wpływem-uderzeń z dużą prędkością (co powoduje, że zamiast pękać, wgniata się). Jednakże przy bardzo małych prędkościach odkształcania (powolne, utrzymujące się ciśnienie) rodzaje uszkodzeń mogą się zmieniać, co potencjalnie prowadzi do kruchego pękania, w zależności od orientacji obciążenia -3.
Wniosek
Butelki PETG nie ulegają łatwo pęknięciom naprężeniowym w normalnych warunkach użytkowania.Do zastosowań związanych z wodą, alkoholem, rozcieńczonymi kwasami i ogólnym postępowaniem z konsumentami (kosmetyki, żywność, medycyna) PETG jest wysoce niezawodnym i odpornym na pękanie--6. Aby zapobiec przedwczesnym awariom, inżynierowie muszą jednak unikać narażania butelek PETG na działanie silnych chlorowanych rozpuszczalników lub wysokich naprężeń szczątkowych wynikających ze złego formowania.