Agrietamiento por Estrés Ambiental

El agrietamiento por estrés ambiental, también conocido por sus siglas en inglés como ESC (environmental stress cracking) es la susceptibilidad de un artículo termoplástico a agrietarse o formar fisuras bajo la influencia de ciertos químicos, el envejecimiento, el clima u otro tipo de estrés. En otras palabras, es el resultado de la acción de un agente químico externo sobre una pieza de plástico que contiene tensiones internas. El agrietamiento por estrés ambiental es una forma importante y frecuente de falla de los productos de plástico.

La velocidad del ESC depende de muchos factores, incluida la composición química del polímero, sus uniones, la cristalinidad, la rugosidad superficial, el peso molecular y el estrés residual. También depende de la naturaleza y concentración química del reactivo líquido, la temperatura del sistema y la velocidad de deformación.

Si una sustancia particular actuará como un agente de agrietamiento para un polímero en particular depende principalmente de sus respectivas naturalezas químicas. Por ejemplo, muchos polímeros normalmente amorfos son susceptibles a diversos líquidos orgánicos y sus vapores, mientras que los agentes de agrietamiento por estrés ambiental para polietileno incluyen soluciones de agentes tenso-activos.

Los efectos de agrietamiento por tensión ambiental son generalmente más frecuentes en los polímeros amorfos. Los polímeros semi-cristalinos también pueden verse afectados a través de sus regiones amorfas en particular. En general, los efectos de agrietamiento por tensión ambiental son más severos a temperaturas más altas. Esto probablemente se asocie con la mayor movilidad de las moléculas involucradas.

MECANISMOS DE AGRIETAMIENTO

Agrietamiento por Estrés

Hay varias opiniones sobre cómo ciertos reactivos actúan sobre polímeros bajo estrés. Debido a que ESC se ve a menudo en polímeros amorfos en lugar de en polímeros semi-cristalinos, las teorías sobre el mecanismo de ESC a menudo giran en torno a las interacciones líquidas con las regiones amorfas de los polímeros. Una de tales teorías es que el líquido puede difundirse en el polímero, causando hinchamiento que aumenta la movilidad de la cadena del polímero. El resultado es una disminución en la tensión de fluencia y la temperatura de transición vítrea (Tg), así como una plastificación del material que conduce a la formación de fisuras a

 

tensiones y deformaciones inferiores. Una segunda opinión es que el líquido puede reducir la energía requerida para crear nuevas superficies en el polímero humedeciendo la superficie del polímero y por lo tanto ayuda a la formación de vacíos, que se cree que es muy importante en las primeras etapas de la formación de la fisura.

Existe una variedad de evidencia derivada experimentalmente para apoyar las teorías anteriores:

  • Una vez que se forma una fisura en un polímero, esta crea una ruta de difusión fácil para que el ataque ambiental pueda continuar y el proceso de agrietamiento pueda acelerarse.
  • La compatibilidad química entre el ambiente y el polímero regula la cantidad en que el agente pueda hinchar y plastificar el polímero.
  • Los efectos de ESC se reducen cuando la velocidad de crecimiento de grietas es alta. Esto se debe principalmente a la incapacidad del líquido para mantenerse al ritmo del crecimiento de la grieta.

MEDICIÓN

Un método común en la industria de los polímeros es el uso de la plantilla de Bergen, que somete a la muestra a tensión variable durante una sola prueba. Los resultados de esta prueba indican la tensión crítica al agrietamiento, utilizando solo una muestra. Otra prueba ampliamente utilizada es la prueba del teléfono de Bell donde tiras dobladas están expuestas a fluidos de interés bajo condiciones controladas. La investigación actual trata sobre la aplicación de la mecánica de las fracturas para el estudio de fenómenos ESC.

Varios métodos de prueba estándar de ASTM incluyen requisitos para el agrietamiento por tensión ambiental. ASTM D1693 es una prueba para el agrietamiento por tensión ambiental de plásticos de etileno, ASTM F484 para plásticos acrílicos y ASTM F791 para plásticos transparentes.

ASTM D1939 es una prueba para el agrietamiento por tensión ambiental para piezas de ABS extruidas o moldeadas, ASTM D2561 para envases de polietileno moldeados por soplado, ASTM D5419 para plásticos roscados y ASTM F1248 para tubos de polietileno.

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 Referencias:
  • Encyclopedia of Polymers Science and Technology – 3rd Ed. Vol 12. John Miley & Sons Inc. 2004
  • J. C. Arnold. The Effect of Diffusion on Environmental Stress Crack Initiation in PMMA. Journal of Materials Science

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