耐環(huán)境應(yīng)力開裂試驗的核心目標(biāo)是：

• 比較不同材料：在相同試驗條件下，評估不同材料（或不同配方、不同加工工藝的同種材料）抵抗特定環(huán)境介質(zhì)引起開裂的相對能力。
• 篩選適用材料：針對特定的應(yīng)用環(huán)境（接觸的化學(xué)介質(zhì)、承受的應(yīng)力類型和水平），篩選出具有足夠ESCR性能的材料。
• 預(yù)測服役壽命：通過加速試驗，嘗試預(yù)測材料在特定應(yīng)用環(huán)境下的長期性能表現(xiàn)和失效時間。
• 質(zhì)量控制與研發(fā)：作為材料生產(chǎn)和研發(fā)過程中的關(guān)鍵質(zhì)量控制指標(biāo)，指導(dǎo)配方優(yōu)化和工藝改進。

常用試驗方法概述

有多種標(biāo)準(zhǔn)化方法用于評估ESCR性能，選擇哪種方法取決于材料類型、預(yù)期應(yīng)用和關(guān)注的應(yīng)力狀態(tài)。以下是幾種廣泛應(yīng)用的試驗方法：

彎曲試條法（如ASTM D1693, ISO 4600）

• 原理： 將矩形截面的長條形試樣在專用夾具中彎曲成U形（或類似形狀），使其外表面產(chǎn)生恒定的拉伸應(yīng)變。將彎曲好的試樣浸沒在特定溫度的環(huán)境介質(zhì)（常用表面活性劑溶液如Igepal CO-630）中，觀察記錄試樣在規(guī)定時間內(nèi)出現(xiàn)可見裂紋的比例或完全破裂的時間。
• 應(yīng)變水平： 通常施加固定的應(yīng)變水平（如ASTM D1693中常用0.5% - 2.0%），或測試在不同應(yīng)變水平下的失效情況。
• 結(jié)果表達： F?? (50%試樣失效的時間)、失效時間分布、特定時間點未失效的比例、臨界應(yīng)變（在規(guī)定時間內(nèi)不引起失效的最大應(yīng)變）。
• 適用材料： 主要用于聚烯烴材料（如聚乙烯PE、聚丙烯PP），特別是評估其抵抗表面活性劑環(huán)境的能力。

球或壓痕法（如ISO 22088-3, ASTM F484）

• 原理： 在試樣表面制造一個標(biāo)準(zhǔn)的壓痕或凹坑（常用鋼球壓入），形成局部塑性變形和高殘余應(yīng)力區(qū)。將帶有壓痕的試樣暴露于特定環(huán)境介質(zhì)中，定期觀察壓痕周圍或底部是否出現(xiàn)由壓痕應(yīng)力引發(fā)的裂紋。
• 結(jié)果表達： 裂紋出現(xiàn)的時間、裂紋長度擴展速率、特定時間點出現(xiàn)裂紋的試樣比例。
• 優(yōu)點： 試樣制備相對簡單，能模擬表面劃傷或點載荷引起的應(yīng)力集中。
• 適用材料： 適用于硬質(zhì)塑料、板材、成型部件，常用于聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)等。

恒定拉伸應(yīng)力法（如ISO 22088-2）

• 原理： 對啞鈴形或棒狀試樣施加恒定的拉伸載荷（導(dǎo)致恒定的工程應(yīng)力），同時將其暴露在特定環(huán)境介質(zhì)中。記錄試樣在載荷和介質(zhì)共同作用下發(fā)生斷裂所需的時間。
• 結(jié)果表達： 斷裂時間、特定應(yīng)力水平下的失效時間、臨界應(yīng)力（在規(guī)定時間內(nèi)不引起失效的最大應(yīng)力）。
• 優(yōu)點： 應(yīng)力狀態(tài)明確，適用于評估材料在持續(xù)拉伸載荷下的ESCR性能。
• 適用材料： 適用于能承受持續(xù)拉伸載荷的各種塑料和彈性體。

三點彎曲法（如ISO 22088-4）

• 原理： 將條形試樣置于三點彎曲夾具上，施加恒定的撓度，使試樣底部產(chǎn)生恒定的最大拉伸應(yīng)變。將加載狀態(tài)的試樣暴露在環(huán)境介質(zhì)中，記錄失效時間。
• 結(jié)果表達： 與彎曲試條法類似（F??等）。
• 適用材料： 適用于板材或較厚的試樣。

試驗關(guān)鍵要素

進行可靠且可重復(fù)的ESCR試驗，必須嚴(yán)格控制以下關(guān)鍵因素：

1. 試樣制備：
   • 材料狀態(tài)： 試樣應(yīng)能代表最終產(chǎn)品的材料狀態(tài)（如牌號、批次、添加劑、分子量及分布）。
   • 加工： 注塑、模壓或切割成型的試樣需符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸要求，避免引入額外的加工應(yīng)力或缺陷。邊緣應(yīng)光滑無毛刺。
   • 調(diào)節(jié)： 試驗前，試樣通常需要在標(biāo)準(zhǔn)溫濕度條件下進行狀態(tài)調(diào)節(jié)，以消除加工應(yīng)力和水分影響。
2. 環(huán)境介質(zhì)選擇：
   • 代表性： 優(yōu)先選擇實際應(yīng)用中材料會接觸到的化學(xué)介質(zhì)。
   • 標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)： 若無特定要求，常使用標(biāo)準(zhǔn)化的加速介質(zhì)（如含表面活性劑的水溶液、醇類、酯類等）。需明確介質(zhì)的成分、濃度和純度。
   • 溫度控制： 介質(zhì)溫度是關(guān)鍵的加速因子，必須精確控制（通常為50°C或更高，以加速試驗）。溫度升高會顯著增加介質(zhì)活性和分子運動性。
3. 應(yīng)力/應(yīng)變施加：
   • 水平： 施加的應(yīng)力或應(yīng)變水平應(yīng)能有效區(qū)分材料性能，但又不能過高導(dǎo)致純機械斷裂主導(dǎo)失效。
   • 精度與穩(wěn)定性： 加載裝置（夾具、砝碼、試驗機）需保證施加的應(yīng)力或應(yīng)變在長時間內(nèi)保持恒定。
   • 一致性： 同一批次試驗中，所有試樣的應(yīng)力/應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)保持一致。
4. 試驗條件控制：
   • 介質(zhì)環(huán)境： 確保試樣完全浸沒，介質(zhì)保持新鮮或定期更換，避免濃度變化或污染。有時需攪拌介質(zhì)以保持均勻性。
   • 溫度： 試驗箱或介質(zhì)槽的溫度需均勻且穩(wěn)定。
   • 時間： 試驗持續(xù)時間需足夠長以觀察到失效，或達到預(yù)定的觀察時間點。
5. 結(jié)果觀察與判定：
   • 頻率： 定期觀察試樣（如每天、每隔幾天），記錄首次觀察到裂紋的時間和裂紋擴展情況。
   • 判定標(biāo)準(zhǔn)： 清晰定義“失效”的標(biāo)準(zhǔn)（如：出現(xiàn)肉眼可見的裂紋；裂紋長度達到規(guī)定值；試樣完全斷裂）。
   • 記錄： 詳細(xì)記錄每個試樣的失效時間或最終狀態(tài)（失效/未失效）。
   • 統(tǒng)計處理： 通常需要一定數(shù)量的平行試樣（如10個或更多），結(jié)果常用統(tǒng)計學(xué)方法（如中值秩、威布爾分布）分析，計算如F??（50%試樣失效的時間）等參數(shù)。

結(jié)果解讀與應(yīng)用

ESCR試驗結(jié)果提供的是材料在特定、加速試驗條件下的相對性能排名或失效時間。解讀和應(yīng)用時需注意：

• 相對性： 結(jié)果主要用于比較不同材料在相同試驗條件下的優(yōu)劣。排名靠前的材料具有更好的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能。
• 加速性： 實驗室試驗通常在升高的溫度和特定的介質(zhì)中進行以加速失效，因此不能直接等同于實際使用壽命。需要通過經(jīng)驗或模型進行外推。
• 條件依賴性： 結(jié)果高度依賴于試驗條件（介質(zhì)、溫度、應(yīng)力/應(yīng)變水平）。改變?nèi)我粭l件都可能導(dǎo)致性能排名變化。結(jié)果報告必須詳細(xì)說明試驗條件。
• 材料篩選： 是篩選適用于特定化學(xué)環(huán)境和應(yīng)力狀態(tài)材料的有力工具。
• 質(zhì)量控制： 作為原材料進貨檢驗或生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵性能指標(biāo)。
• 失效分析： 當(dāng)產(chǎn)品在實際應(yīng)用中發(fā)生非預(yù)期開裂時，ESCR測試可幫助驗證是否由環(huán)境應(yīng)力開裂引起。

：保障材料可靠性的基石

耐環(huán)境應(yīng)力開裂試驗是評估聚合物材料在應(yīng)力和化學(xué)環(huán)境共同作用下抵抗開裂失效能力的關(guān)鍵手段。通過標(biāo)準(zhǔn)化的試驗方法（如彎曲試條法、球壓痕法、恒定拉伸應(yīng)力法等），在嚴(yán)格控制試樣、介質(zhì)、應(yīng)力和環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，可以定量或半定量地比較不同材料的ESCR性能，為材料選擇、產(chǎn)品設(shè)計、質(zhì)量保障和失效分析提供至關(guān)重要的數(shù)據(jù)支撐。理解試驗原理、嚴(yán)格遵守操作規(guī)程并謹(jǐn)慎解讀結(jié)果，對于確保評估的準(zhǔn)確性和有效性，最終保障材料在復(fù)雜服役環(huán)境中的長期可靠性和安全性，具有不可替代的意義。