這次與大家聊一聊PC/ABS產品環境應力開裂的問題。噴漆開裂和環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產品發生環境應力開裂（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生的分子鏈斷裂現象，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％屬于環境應力開裂ESC問題。

1.應力類型

由定義可知，產生ESC重要的因素是：持續的應力+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/產品結構/模具結構等原因所造成的應力殘留。化學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性溶劑，甚至是空氣）、細紋出現、裂紋擴展和破壞四個環節。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，總發生在表面。他們往往是高應力區域所在，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或液態活性化學試劑接觸。

2）多重開裂：起初多個單點開裂，隨后連接成一個統一斷裂，眾多的原始開裂和隨后聯合是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？制件的使用環境（包含環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.制件產品設計改良
避免因不良產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。測試材料在不同的暴露時間、負重（應力）、溫度下，質量、尺寸、外觀及拉伸性能發生的變化。

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境應力開裂測試，尤其是樣品的局部對應力開裂的敏感性。可用來檢測氣體、液體以及含有可遷移物質（如聚合物膠黏劑、增塑劑等）的固態物質對特定材料環境應力開裂的影響。
根據材料本身性質的差異或使用條件的不同，可以選擇不同的應變條件（圖3）。測試樣品根據需要密封在容器中、放置在室溫環境中或烘箱中。達到測試時間后，將樣品從測試環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材料應力松弛較小的材料的耐環境應力開裂性能。

氣態或者液態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、塑料片等固體介質中，一般會將待測試介質夾在兩片實驗之間（圖4）進行試驗，保證固態介質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，施加的應變會產生微裂紋并快速的發展成可視的裂紋。

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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