Scanning Electron Microscopy of Plastics Failure (eBook)

Rasterelektronenmikroskopie von Kunststoffschäden

Gottfried Ehrenstein, Lothar Engel, Hermann Klingele et al. (Autoren)

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2011 | 1. Auflage
278 Seiten
Carl Hanser Fachbuchverlag
9783446426658 (ISBN)

Infos

Der Einsatz von Rasterelektronenmikroskopen (REM) erweitert den Erkenntnisbereich für die Schadensforschung ganz wesentlich. Die hohen, mit REM erzielbaren Auflösungen in Brüchen und Oberflächenstrukturen lassen die Mechanik der Schädigungsvorgänge deutlicher erkennen. In Verbindung mit den Untersuchungsergebnissen über die chemische Zusammensatzung von Werkstoffen und Belägen können weitere Aufschlüsse über Schädigungsmechanismen gewonnen werden.

Diese umfangreiche Sammlung von REM Aufnahmen und ihren Beschreibungen ist ein wertvolles Hilfsmittel für den Ingenieur im Betrieb, der Ursachen von Schäden auffinden und sein spezielles REM Schadensbild einordnen will. Die Erscheinungsformen der Schädigungen sind ausführlich dargestellt und werden sachgerecht beschrieben und interpretiert.

Inhalt

Contents 8
Preface 6
1 Structure, Properties and Processing of Polymeric Materials 10
1.1 Structure 10
1.2 Material States and Transition Regions 17
1.3 Homogeneous Polymeric Materials 19
1.4 Heterogeneous Polymeric Materials 21
1.5 Deformation Behavior 23
1.6 Processing 24
1.7 Orientation and Internal Stresses 33
1.8 Processing Induced Surface Texture 34
1.8.1 Primary Textures of Polymer Surfaces Caused by the Manufacturing Process 35
1.8.2 Textures of Post-Treated Surfaces 53
1.9 Material Defects 55
2 Surface Damage 64
2.1 Mechanical Surface Damage 64
2.1.1 Frictional Wear 65
2.1.1.1 Uniform Frictional Wear of Flat Surfaces 65
2.1.1.2 Local Frictional Wear (Pitting) 92
2.1.2 Rolling Wear 95
2.1.3 Localized, Mechanical Surface Damage 99
2.1.4 Wear Caused by Exposure to Solid Particle Streams 110
2.1.5 Impingement of Droplets 112
2.1.6 Erosion 118
2.1.7 Cavitation 120
2.2 Physico-Chemical Surface Damage 123
2.2.1 Surface Damage Caused by Chemicals 123
2.2.2 UV Irradiation 133
2.2.3 Weathering 135
2.2.4 Thermal Impact 140
2.2.5 Biological Impact 151
3 Fractures 152
3.1 Mechanical Fractures 152
3.1.1 Overload Fractures 152
3.1.1.1 Crazes 157
3.1.1.2 Ductile Overload Fractures 169
3.1.1.3 Brittle Fractures 194
3.1.2 Dynamic Fatigue Fractures 216
3.1.2.1 Vibration-Induced Creep Fractures 216
3.1.2.2 True Fatigue Fractures 229
3.2 Effect of Chemicals on Overload Fractures 244
3.2.1 Environmental Stress Cracking (ESC) 245
3.2.2 Permanent Embrittlement after Exposure to Chemicals (Fracture Following hemical Attack) 249
3.2.3 Increased Ductility Caused by Chemical Attack (Plasticizing Effect) 256
3.2.4 Chemical Etching of Crack Tip 259
List of Literature (Literaturverzeichnis) 262
Index 264
Inhalt 8
Vorwort 6
1Aufbau, Eigenschaften und Verarbeitung der Kunststoffe 10
1.1 Struktur 10
1.2 Zustandsbereiche 17
1.3 Homogene Kunststoffe 19
1.4. Heterogene Kunststoffe 21
1.5 Verformungsverhalten 23
1.6 Verarbeitung 24
1.7Orientierung und Eigenspannungen 33
1.8 Herstellungsbedingte Oberflächenstruktur 34
1.8.1Primäre Herstellungsstrukturen von Kunststoff-Oberflächen 35
1.8.2 Strukturen nachbehandelter Oberflächen 53
1.9 Werkstofffehler 55
2 Oberflächenschäden 64
2.1 Mechanische Oberflächenschäden 64
2.1.1 Gleitverschleiß 65
2.1.1.1 Flächiger Gleitverschleiß 65
2.1.1.2 Örtlicher Gleitverschleiß (Pittings) 92
2.1.2 Wälzverschleiß 95
2.1.3 Örtliche mechanische Oberflächenbeschädigungen 99
2.1.4 Strahlverschleiß 110
2.1.5 Tropfenschlag 112
2.1.6 Erosion 118
2.1.7 Kavitation 120
2.2 Physiko-chemische Oberflächenschäden 123
2.2.1 Oberflächenschäden durch Einwirkung von Chemikalien 123
2.2.2 UV-Bestrahlung 133
2.2.3 Bewitterung 135
2.2.4 Thermische Einwirkung 140
2.2.5 Biologische Einwirkung 151
3 Brüche 152
3.1 Mechanische Brüche 152
3.1.1 Gewaltbrüche 152
3.1.1.1 Crazes 157
3.1.1.2 Duktile Gewaltbrüche 169
3.1.1.3 Spröde Gewaltbrüche 194
3.1.2 Schwingbrüche 216
3.1.2.1 Schwinginduzierte Kriechbrüche 216
3.1.2.2 Echte Schwingbrüche 229
3.2 Einflüsse von Chemikalien auf Gewaltbrüche 244
3.2.1 Spannungsrissbildung 245
3.2.2 Bleibende Versprödung nach Einwirkung von Chemikalien (Gewaltbruch im Anschluss an einen chemischen Angriff) 249
3.2.3 Erhöhte Duktilität durch Einfluss von Chemikalien (Weichmachereffekt) 256
3.2.4 Anlösen des Rissgrundes durch Chemikalien 259
Index 264

Textauszug

"2 Oberflächenschäden (S. 55-56)

Bei der Berührung der Oberfläche eines Kunststoffs durch einen anderen Festkörper oder ein anderes Medium kann es zu folgenden Wechselwirkungen kommen:
• elastische und viskoelastische (reversible) Verformung,
• viskose (irreversible) Verformung,
• abrasiver Materialabtrag,
• Erwärmung durch viskoelastische und viskose Verformung (Bewegungsenergie aus Relativbewegung),
• Erwärmung durch Wärmeübergang,
• chemische Reaktion,
• Diffusion.

Die elastische Verformung hinterlässt keine bleibenden Spuren auf den Oberflächen. Wärmeübergang kann, die anderen genannten Wechselwirkungen müssen, Spuren hinterlassen. Ob es zu flächigen oder örtlichen Beschädigungen kommt, hängt von der Verteilung und Zahl der zerstörenden Ereignisse je Flächeneinheit ab. Zu gleichmäßiger Abtragung wird es dann kommen, wenn die Partner (fest, flüssig, gasförmig) groß- flächig aufeinander einwirken. In der Praxis wirken oft mehrphasige Ströme auf eine feste Fläche ein, z.B. Flüssigkeitsstrom mit Festkörperteilchen. Örtlicher Angriff kann entstehen entweder durch ein einmaliges Ereignis oder durch Konzentration vieler Ereignisse auf einen Punkt.

2.1 Mechanische Oberflächenschäden

Nicht nur Festkörper, sondern auch Flüssigkeiten und Gase können mechanische Beschädigungen auf den Oberflächen hervorrufen. Außerdem können mechanische Beschädigungen auch ohne direkte Berührung auftreten als Folge entfernt angreifender äußerer Kräfte (Beispiele: Einschnürung).

2 Surface Damage

Contact between the surface of a polymeric material and another solid or medium may cause one of the following interactions:

• elastic and visco-elastic (reversible) deformation,
• plastic (irreversible) deformation,
• abrasive removal of material,
• heating caused by visco-elastic and plastic deformation (kinetic energy caused by relative movement),
• heating caused by heat transfer,
• chemical reactions,
• diffusion.

Elastic deformation leaves no permanent trace on the surfaces. While heat transfer may leave permanent traces, the other types of interaction will inevitably do so. Whether the damage extends over the entire area or is localized depends on the number and distribution of the destructive occurrences per unit area. Uniform wear will take place if the two materials (solid, liquid, or gaseous) are in contact over a large surface area.

Under practical conditions, multi-phase flows often act on a solid surface, e.g., a flow of liquid with solid particles in it. Local surface damage is caused by either a single occurrence or by a concentration of many occurrences at one particular point. 2.1 Mechanical Surface Damage Mechanical surface damage is caused not only by solids but also by liquids and gases. Moreover, mechanical damage can occur without direct contact but as a result of external forces attacking the surface from a distance, e.g., constriction."

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 1.1.2011
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Naturwissenschaften ► Chemie
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• ISBN-13: 9783446426658 / 9783446426658