Warum Kunststoff-Produkte versagen

Die Entwicklung von Kunststoffen und deren zugehörige Verarbeitungstechniken hat eine phänomenale Episode in der Geschichte der Materialwissenschaft gewesen. Mit großem Maßstab Entwicklung stattfindet, erst in den letzten 60 Jahren ist der Einsatz von Kunststoffen in Produktdesign und Herstellung wurde mit einer Rate von herkömmlichen Materialien konkurrenzlos schraubte. Durch das breite Spektrum an Eigenschaften zur Verfügung, haben Kunststoffe nach Materialien, die in der Welt von heute eine der am meisten gesucht werden.

Weitere Kunststoffe sind nun auch für den Designer und Ingenieur als in jeder vorherigen Etappe in der Geschichte der Industrie. Heute gibt es über 90 generische Kunststoffe und rund 1000 Unter generic Modifikationen mit 50.000 Handelsklassen erhältlich von über 500 Herstellern.

Die kurze Geschichte der plastischen Entwicklung und nachgewiesene Verwendung hat für den Konstrukteur und Ingenieur dazu geführt, dass für kritische technische Anwendungen hat es nie genug Zeit gewesen, um voll Lebensdauer und Probleme erforschen, die bei der Verwendung von Kunststoffen auftreten könnten. Es wurde die Frage der Verwundbarkeit zum Scheitern und die Auswirkungen potenzieller Rechtsstreitigkeiten immer. Bis zu einem gewissen Grad hat sich diese Situation verbessert, da das Portfolio von erfolgreichen Kunststoff-Designs in anspruchsvollen technischen Anwendungen gewachsen ist. Doch für neue, innovative Anwendungen, die Grenzen der Materialleistung schieben das Problem bleibt.

Entwerfen Kunststoff Produktzuverlässigkeit zu gewährleisten ist entscheidend wegen der zunehmenden Bedeutung von:

Produkthaftungsansprüche

Umweltsorgen

Zertifizierung, um ein anerkannter Lieferant zu werden

Ein Bewusstsein für Qualitätskosten

Produkthaftung kann die schädlichste mit Siedlungen und Strafen in der Größenordnung von Tausenden oder gar Millionen von Pfund, vor allem, wenn ein Fehler in Verletzungen oder zum Tod geführt hat. Neben Rechtsstreitigkeiten finanziellen Kosten, gibt es die Ablenkung der Mitarbeiter in Schlüsselpositionen von normalen Aufgaben, Verlust in der Produktwahrnehmung, Glaubwürdigkeit der Marke und Hersteller Ruf.

Bedenkt man, dass etwa 70% der Kunststoff-Produkte vorzeitig ausfallen, wurden Ausfälle schlecht, da die Besitzer der ausgefallenen Produkte berichtet, sind natürlich der Regel nur ungern, öffentlich auf. Failure Untersuchungen solcher Fälle sind in der Regel nicht auf Client Vertraulichkeitsvereinbarungen und aus diesem Grund verbreitet werden die Aktivität vorwiegend verdeckten ist. Als Folge die potenziellen Vorteile, wie aus den Fehlern und Unglück anderer zu lernen, und die Prioritäten für die Forschung und die wichtigsten Fragen in der Produktentwicklung zu identifizieren sind bei weitem noch nicht ausgeschöpft.

Es ist klar, aus dem Ausmaß von Kunststoff- und Gummiversagen Untersuchungen von Smithers Rapra, die in der Public Domain Verbreitung von Kunststoff- und Gummi Versagen Wissen beschränkt hat in einem kontinuierlichen Zyklus von Kunststoff- und Gummi Störfälle aus allen Industriebereichen geführt. Die Lehren aus guten Kunststoff- und Gummiproduktdesign sind nicht einmal angesichts des enormen Wachstums in Produkthaftungsfällen wird gelernt, dass eine völlig neue Dimension auf dem Verbraucherprodukt Umwelt auferlegt haben. Es ist jetzt auch gesetzlich verankert, dass die Hersteller für Verletzungen haftbar sind durch fehlerhafte Produkt; für Verletzungen, die aus einer Gefahr mit einem Produkt verbunden sind, gegen die der Benutzer gewarnt werden sollten; oder für Schäden, die durch die missbräuchliche Verwendung eines Produkts verursacht, die vom Hersteller nicht vorhersehbar waren.

Es ist eine praktische Notwendigkeit zu verstehen, warum Kunststoffe, um nicht das Ausfallszenario zu minimieren. Smithers Rapra hat dieses Wissen erworben durch bis 50 Jahre mit einer vielfältigen Kundschaft zu tun Bereitstellung technischer Dienstleistungen bei der Problemlösung ausgerichtet und insbesondere Fehlerdiagnose.

Das Scheitern ist ein praktisches Problem mit einem Produkt und bedeutet, dass die Komponente ihre Funktion nicht mehr erfüllt. das wichtigste Kriterium in Betrieb und somit ein mechanisches Versagen ist in der Regel ein Hauptanliegen Häufig ist die Fähigkeit, mechanische Beanspruchung oder Belastung zu widerstehen. Allerdings kann zu einem Ausfall auch zum Verlust von attraktivem Aussehen oder Schrumpfung zurückzuführen.

Um einen Ausfall des abzuwenden ist es wichtig, dass es in allen Phasen des Entwicklungsprozesses ein Concurrent Engineering Ansatz zur Produktentwicklung sein. Dieses System stellt sicher, dass von Beginn des Projekts bis zur endgültigen hochvolumigen Herstellung aller Parteien ständig kommunizieren, um die Vorteile der wertvollen Kenntnisse und Erfahrungen aller zu nehmen beteiligt. Schlüssel zum erfolgreichen Design ist, dass alle Aspekte der Performance, Produktion, Montage und endgültige Verwendung des Teils berücksichtigt werden. Darüber hinaus sind alle Parteien fördern Gebäude Zuverlässigkeit und Sicherheit in das Produkt.

Um die Wahrscheinlichkeit von Produktversagen zu reduzieren müssen alle Parteien innerhalb des Design-Prozesses haben die Fähigkeit, sich vorzustellen, wie ihr entworfen Kunststoffteil ausfallen könnten. Dies kann nur erreicht werden, wenn das Produkt-Design-Team eine gute Wertschätzung aus Kunststoff Auswahl, Produkt-Design, Verarbeitung und spezifische Materialschwächen und Fehler / Fehlerzustände und die Vermeidung hat.

Kunststoff Produktausfall ist häufig mit menschlichem Versagen oder Schwäche assoziiert und wird in der Regel mit den Faktoren in Abbildung 1.0 gezeigt, assoziiert

Menschliche Ursachen des Scheiterns

In einem Versuch, das Auftreten von Kunststoff-Produktausfall zu reduzieren wir darauf reagieren müssen, dass sie in der Regel auf menschliches Versagen zurückzuführen, Missverständnisse und Unwissenheit von Kunststoffmaterialien und die damit verbundenen Prozesse und dass das Material oder der Prozess ist in der Regel kein Verschulden trifft.

Es ist zu hoffen, dass die folgenden Informationen einen Einblick in die Komplexität von Kunststoff-Design und Kunststoff Ausfallarten bieten.

Schlechte Materialauswahl / Substitution

Ausfälle durch falsche Materialauswahl und Grad Auswahl ergeben, sind ausdauernde Probleme in der Kunststoffindustrie. Um Kunststoff Auswahl auszuführen erfolgreich ein vollständiges Verständnis von Kunststoff Materialeigenschaften, spezifische Materialbeschränkungen und Ausfallarten erforderlich ist. Gute Materialauswahl erfordert eine vernünftige Ansatz und sorgfältige Prüfung der Anwendungsanforderungen in Bezug auf mechanische, thermische, Umwelt-, chemische, elektrische und optische Eigenschaften. Produktionsfaktoren wie möglich und effizientes Verfahren zur Herstellung in Bezug Teilegröße und Geometrie Notwendigkeit zu beurteilen. In Bezug auf die Wirtschaft müssen die Materialkosten, Zykluszeiten und Teilpreis berücksichtigt werden.

Zwei häufige Gründe für falsche Materialauswahl sind, dass das Material Selektor beschränkt hat Kunststoff Wissen und Know-how und ist nicht mit dem Material Auswahlprozess. Alternativ kann ein geeignetes Material wurde angegeben, aber nicht verwendet. Materialien Ersetzungen am häufigsten auftreten, wenn der Kunde nicht in der Lage ist, die Qualität Beschaffungsspezifikationen durchzusetzen, vor allem, wenn Fertigungsstandort fern basiert. Häufige Probleme sind:

Prozessor einfach mit einem billigeren Material zu ersetzen.

Die Verwendung eines falschen Materialqualität.

Die Verwendung von Allzweck-PS statt HIPS.

Homopolymerisat anstelle von Copolymer

Falsche Pigmente, Füllstoffe, Gleitmittel oder Weichmacher verwendet.

schlechtes Design

Es gibt keine absoluten Regeln in Bezug auf Kunststoff-Produkt-Design. Allerdings sind einige allgemeine Prinzipien und Richtlinien gut etabliert insbesondere zwischen amorphen und teilkristallinen Thermoplasten und Duroplasten und den verschiedenen Verarbeitungstechniken. Diese sind leicht erhältlich von Materiallieferanten.

Die Grundregeln gelten für Filets, Radien, Wandstärke, Rippen, Bosse, Kegel, Löcher, Entwurf, die Verwendung von Metalleinsätzen, Hinterschneidungen, Bohrungen, Gewinde, Schrumpfung, Maßtoleranzen. Design-Regeln, die zur sekundären Füge- und Montageprozesse anwenden müssen sorgfältig zu bewerten.

Der Designer und Ingenieur sollten sich bewusst sein, dass aufgrund der vielfältigen Palette von Kunststoff-Materialien und Eigenschaften die Designkriterien Form Material zu Material als Anwendung als auch der Anwendung ändern.

Gemeinsame Design-Fehler werden abrupte geometrische Änderungen übermäßige Wandstärke, scharfe Ecken und das Fehlen von Radien, Mangel an Verständnis des Kriechmechanismus aufgrund plastischer Viskoelastizität, Umweltverträglichkeit, Entwurf, die Platzierung von Rippen und Anguss bezogen.

Eine beträchtliche Anzahl von Kunststoffteilen nicht durch scharfe Ecken / unzureichende Radius. Scharfe Ecken schaffen Spannungskonzentrationen in lokal hohen Belastungen führt. Da Kunststoffe werden kerbempfindlich die Spannungskonzentration sind Rissbildung zu fördern und schließlich brechen. Sie auch den Materialfluss und die Ausstoß Form des Werkzeugs behindern.

Eine beträchtliche Anzahl von Fehlern kann zu übermäßiger Wandstärke und abrupten geometrischen Veränderung zurückzuführen. Eine Voraussetzung ist, dass gleichmäßige Wandstärke beibehalten wird, da diese Senkmarken hält, Lunker, Verzug und Eigenspannungen auf ein Minimum.

Designer und Ingenieure müssen mit der viskoelastischen Natur von Kunststoffen und deren Kriechen, Kriechfestigkeit, Spannungsrelaxation und Ermüdungsmechanismen völlig vertraut sein.

Visco-Kunststoffmaterialien auf Stress reagieren, als ob sie eine Kombination aus elastischen Feststoffen und viskosen Flüssigkeiten wurden. Folglich weisen sie eine nichtlineare Spannungs-Dehnungs-Beziehung und ihre Eigenschaften hängen von der Zeit unter Belastung, Temperatur, Umwelt und die Spannung oder Dehnung angewandt Ebene. Ein Beispiel für Viskoelastizität mit Silly Putty zu sehen. Wenn dieses Material schnell auseinander gezogen wird, bricht es in einem spröden Art und Weise. Wenn gezogen jedoch langsam auseinander das Material in einer duktilen Weise verhält und nahezu unbegrenzt ausgedehnt werden. Eine Verringerung der Temperatur von Silly Putty, verringert sich die Streckgeschwindigkeit, bei der es spröde wird. Entscheidend ist, dass die Designer und Ingenieur das verstehen:

Kunststoffe werden unter Belastung verformen

Wenn ausgesetzt geringe Beanspruchung statisch / Stamm ein Übergang duktil / spröde wird zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Zeit auftreten, in Sprödbruch resultierende

Zyklische Beanspruchung in einem Übergang duktil / spröde führen in sprödes Versagen bei niedrigen Spannungsniveau resultierende

Vorzeitige Initiierung einer Rissbildung und Versprödung des Kunststoffes kann durch die gleichzeitige Einwirkung von Spannung und Dehnung und der Kontakt mit bestimmten chemischen Umgebungen auftreten

Design-Fehler kann auch zu einer reduzierten Sicherheitsfaktoren zurückgeführt werden aufgrund des Kostendrucks und der Einsatz von Kunststoffen ist anspruchsvolle Anwendungen sie ihre Auslegungsgrenzen nehmen, wo gelegentlich sie überschritten werden.

Schlechte Verarbeitung

Schlechte Verarbeitung, Konten für viele in-Service-Ausfällen. Häufig kann das Problem auf eine eklatante Missachtung für die etablierten Verarbeitungsverfahren und Leitlinien, die von Materialherstellern bereitgestellt zurückverfolgt werden. Die treibende Kraft dahinter ist oft wirtschaftlicher ?? die Notwendigkeit, kürzere Zykluszeiten und eine höhere Produktionsausbeute zu erzielen.

Typische Verarbeitungsfehler sind in Tabelle 1.0 angegeben. Viele dieser Fehler können im Allgemeinen durch die Aufmerksamkeit auf Verarbeitungsvariablen wie Temperatur, Scherraten überwunden werden, Kühlzeiten und Druck.

Tabelle 1.0 Verarbeitungsfehler

Verwendung ungeeigneter Prozessausrüstung

Uneinheitliche Wandstärke

Kurze Schüsse

Blasen

Senkmarken

Nachschwindung

Warping / Verzerrung

Fremdkörperkontamination

Voids

Kosmetische ?? Verfärbungen, spreizen Marken

Degradierung.

Selbstkontamination.

Schlechte Materialhomogenität

Schlechte Schweißlinien und Spinnlinien

Verbleibender Stress

Molekülorientierung

Entwicklung von niedrig oder zu hohe Kristallinität

Abnormal kristalline Textur

Unzureichende Verpackung

Scorching

Jetting

Blinkt

Abnormal räumlichen und Größenverteilung der Phasen in Kompositen

Mis-Gebrauch / Missbrauch

Kunststoff Produktfehler durch falsche Verwendung kann von einer Mißachtung der Hersteller Installationsanweisungen und Versagen führen Warnungen zu beachten. Fehler können auch auftreten, aufgrund einfach ein Produkt, über den empfohlenen Lebensdauer verwenden, für die Funktion nicht oder nur wegen böswilligen Angriff beabsichtigt war.

Kunststoff-Fehler-Möglichkeits-

Die Hauptfehlerarten von Kunststoffen kann als mechanische, thermische, Strahlung, chemische und elektrische klassifiziert werden, wie in Tabelle 2.0 gezeigt. Klassifikation von Fehlermodus durch den Mechanismus zeigt, dass ein mechanisches Versagen der vorherrschende Mechanismus ist, obwohl es oft das Endergebnis vieler anderer Fehlerarten ist.

Von Smithers Rapra ?? s Erfahrung haben wir festgestellt, dass die überwiegende Mehrheit der Kunststoff Produktausfälle zurückzuführen sind auf die kumulativen Auswirkungen von Synergien zwischen Kriechen, Ermüdung, Temperatur, chemische Spezies, UV und andere Umweltfaktoren.

Tabelle 2.0 Kunststoff-Fehler-Möglichkeits- Mechanismen

Mechanische Modi

Deformation und Verzerrung aus Kriechen und Spannungsrelaxation, nachgebend, Haarriß

Sprödbruch durch Bruch einschleichen, Gekerbter Zeitstand, Müdigkeit, hohe Energie Auswirkungen

Bekleidung u0026 Abrieb,

Thermal-Modi

Thermische Ermüdung

Degradierung ?? Thermooxidations

dimensional Instabilität

Schwindung

Verbrennung

Additive Extraktion

Chemische Modi

Solvatation, Anschwellen, Formunbeständigkeit und additive Extraktion

Oxidation

Säure-induzierte Spannungsrisskorrosion

Hydrolyse

Halogenierung

Spannungsriss

Biologische Abbaubarkeit

Strahlungsmodi

Photooxidativen Abbau

Ionisierende Strahlung

Elektrische Modi

Elektrostatische Aufbau, Lichtbögen, Tracking, Elektro- und Bildung von Wasserbäumchen

Synergistic-Modi

Verwitterung ?? Effekte durch Foto und thermo-Oxidation, Temperaturschwankungen, Erosion durch regen und Wind getragenen Partikeln und chemischen Elementen in der Umwelt

Smithers Rapra haben über 5000 Scheitern Untersuchungen, von denen sich verpflichtet, eine erhebliche Zahl kann zu einer Versprödung und / oder spröder Bruch zugeschrieben werden, die durch langsamen Abbau oder Verschlechterung Prozesse. Von 2,0 Abbildung kann man sehen, dass ESC, Müdigkeit, gekerbt statischen Bruch, den thermischen Abbau, UV-Abbau und chemischen Angriff in diese Kategorie fallen, auch wenn das Material berichtet wurde duktilen zu sein.

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