Ehrenstein / Engel Scanning Electron Microscopy of Plastics Failure

Rasterelektronenmikroskopie von Kunststoffschäden
1. Auflage 2011
ISBN: 978-3-446-42665-8
Verlag: Carl Hanser Fachbuchverlag
Format: PDF
Kopierschutz: Adobe DRM (»Systemvoraussetzungen)

E-Book, Deutsch, 278 Seiten

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.

Autoren/Hrsg.

Ehrenstein, Gottfried

Engel, Lothar

Inhaltsverzeichnis

1;Contents;8
1.1;Preface;6
1.2;1 Structure, Properties and Processing of Polymeric Materials;10
1.2.1;1.1 Structure;10
1.2.2;1.2 Material States and Transition Regions;17
1.2.3;1.3 Homogeneous Polymeric Materials;19
1.2.4;1.4 Heterogeneous Polymeric Materials ;21
1.2.5;1.5 Deformation Behavior;23
1.2.6;1.6 Processing;24
1.2.7;1.7 Orientation and Internal Stresses;33
1.2.8;1.8 Processing Induced Surface Texture;34
1.2.8.1;1.8.1 Primary Textures of Polymer Surfaces Caused by the Manufacturing Process;35
1.2.8.2;1.8.2 Textures of Post-Treated Surfaces;53
1.2.9;1.9 Material Defects;55
1.3;2 Surface Damage;64
1.3.1;2.1 Mechanical Surface Damage;64
1.3.1.1;2.1.1 Frictional Wear;65
1.3.1.1.1;2.1.1.1 Uniform Frictional Wear of Flat Surfaces;65
1.3.1.1.2;2.1.1.2 Local Frictional Wear (Pitting);92
1.3.1.2;2.1.2 Rolling Wear;95
1.3.1.3;2.1.3 Localized, Mechanical Surface Damage;99
1.3.1.4;2.1.4 Wear Caused by Exposure to Solid Particle Streams;110
1.3.1.5;2.1.5 Impingement of Droplets;112
1.3.1.6;2.1.6 Erosion;118
1.3.1.7;2.1.7 Cavitation;120
1.3.2;2.2 Physico-Chemical Surface Damage;123
1.3.2.1;2.2.1 Surface Damage Caused by Chemicals;123
1.3.2.2;2.2.2 UV Irradiation;133
1.3.2.3;2.2.3 Weathering;135
1.3.2.4;2.2.4 Thermal Impact;140
1.3.2.5;2.2.5 Biological Impact;151
1.4;3 Fractures;152
1.4.1;3.1 Mechanical Fractures;152
1.4.1.1;3.1.1 Overload Fractures;152
1.4.1.1.1;3.1.1.1 Crazes;157
1.4.1.1.2;3.1.1.2 Ductile Overload Fractures;169
1.4.1.1.3;3.1.1.3 Brittle Fractures;194
1.4.1.2;3.1.2 Dynamic Fatigue Fractures;216
1.4.1.2.1;3.1.2.1 Vibration-Induced Creep Fractures;216
1.4.1.2.2;3.1.2.2 True Fatigue Fractures;229
1.4.2;3.2 Effect of Chemicals on Overload Fractures;244
1.4.2.1;3.2.1 Environmental Stress Cracking (ESC);245
1.4.2.2;3.2.2 Permanent Embrittlement after Exposure to Chemicals (Fracture Following hemical Attack);249
1.4.2.3;3.2.3 Increased Ductility Caused by Chemical Attack (Plasticizing Effect);256
1.4.2.4;3.2.4 Chemical Etching of Crack Tip ;259
1.5;List of Literature (Literaturverzeichnis);262
1.6;Index;264
2;Inhalt;8
2.1;Vorwort ;6
2.2;1Aufbau, Eigenschaften und Verarbeitung der Kunststoffe;10
2.2.1;1.1 Struktur;10
2.2.2;1.2 Zustandsbereiche;17
2.2.3;1.3 Homogene Kunststoffe;19
2.2.4;1.4. Heterogene Kunststoffe;21
2.2.5;1.5 Verformungsverhalten;23
2.2.6;1.6 Verarbeitung;24
2.2.7;1.7Orientierung und Eigenspannungen;33
2.2.8;1.8 Herstellungsbedingte Oberflächenstruktur;34
2.2.8.1;1.8.1Primäre Herstellungsstrukturen von Kunststoff-Oberflächen;35
2.2.8.2;1.8.2 Strukturen nachbehandelter Oberflächen;53
2.2.9;1.9 Werkstofffehler;55
2.3;2 Oberflächenschäden;64
2.3.1;2.1 Mechanische Oberflächenschäden;64
2.3.1.1;2.1.1 Gleitverschleiß;65
2.3.1.1.1;2.1.1.1 Flächiger Gleitverschleiß;65
2.3.1.1.2;2.1.1.2 Örtlicher Gleitverschleiß (Pittings);92
2.3.1.2;2.1.2 Wälzverschleiß;95
2.3.1.3;2.1.3 Örtliche mechanische Oberflächenbeschädigungen;99
2.3.1.4;2.1.4 Strahlverschleiß;110
2.3.1.5;2.1.5 Tropfenschlag;112
2.3.1.6;2.1.6 Erosion;118
2.3.1.7;2.1.7 Kavitation ;120
2.3.2;2.2 Physiko-chemische Oberflächenschäden;123
2.3.2.1;2.2.1 Oberflächenschäden durch Einwirkung von Chemikalien;123
2.3.2.2;2.2.2 UV-Bestrahlung;133
2.3.2.3;2.2.3 Bewitterung ;135
2.3.2.4;2.2.4 Thermische Einwirkung;140
2.3.2.5;2.2.5 Biologische Einwirkung;151
2.4;3 Brüche;152
2.4.1;3.1 Mechanische Brüche;152
2.4.1.1;3.1.1 Gewaltbrüche;152
2.4.1.1.1;3.1.1.1 Crazes;157
2.4.1.1.2;3.1.1.2 Duktile Gewaltbrüche;169
2.4.1.1.3;3.1.1.3 Spröde Gewaltbrüche;194
2.4.1.2;3.1.2 Schwingbrüche;216
2.4.1.2.1;3.1.2.1 Schwinginduzierte Kriechbrüche;216
2.4.1.2.2;3.1.2.2 Echte Schwingbrüche;229
2.4.2;3.2 Einflüsse von Chemikalien auf Gewaltbrüche;244
2.4.2.1;3.2.1 Spannungsrissbildung;245
2.4.2.2;3.2.2 Bleibende Versprödung nach Einwirkung von Chemikalien (Gewaltbruch im Anschluss an einen chemischen Angriff);249
2.4.2.3;3.2.3 Erhöhte Duktilität durch Einfluss von Chemikalien (Weichmachereffekt);256
2.4.2.4;3.2.4 Anlösen des Rissgrundes durch Chemikalien;259
2.5;Index;264

Leseproben

"(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).



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."