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Scanning Electron Microscopy of Plastics Failure

Rasterelektronenmikroskopie von Kunststoffschäden

AutorGottfried Ehrenstein, Hermann Klingele et al., Lothar Engel
VerlagCarl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr2011
Seitenanzahl278 Seiten
ISBN9783446426658
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis159,99 EUR

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.

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Leseprobe
"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."
Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Contents8
Preface6
1 Structure, Properties and Processing of Polymeric Materials10
1.1 Structure10
1.2 Material States and Transition Regions17
1.3 Homogeneous Polymeric Materials19
1.4 Heterogeneous Polymeric Materials21
1.5 Deformation Behavior23
1.6 Processing24
1.7 Orientation and Internal Stresses33
1.8 Processing Induced Surface Texture34
1.8.1 Primary Textures of Polymer Surfaces Caused by the Manufacturing Process35
1.8.2 Textures of Post-Treated Surfaces53
1.9 Material Defects55
2 Surface Damage64
2.1 Mechanical Surface Damage64
2.1.1 Frictional Wear65
2.1.1.1 Uniform Frictional Wear of Flat Surfaces65
2.1.1.2 Local Frictional Wear (Pitting)92
2.1.2 Rolling Wear95
2.1.3 Localized, Mechanical Surface Damage99
2.1.4 Wear Caused by Exposure to Solid Particle Streams110
2.1.5 Impingement of Droplets112
2.1.6 Erosion118
2.1.7 Cavitation120
2.2 Physico-Chemical Surface Damage123
2.2.1 Surface Damage Caused by Chemicals123
2.2.2 UV Irradiation133
2.2.3 Weathering135
2.2.4 Thermal Impact140
2.2.5 Biological Impact151
3 Fractures152
3.1 Mechanical Fractures152
3.1.1 Overload Fractures152
3.1.1.1 Crazes157
3.1.1.2 Ductile Overload Fractures169
3.1.1.3 Brittle Fractures194
3.1.2 Dynamic Fatigue Fractures216
3.1.2.1 Vibration-Induced Creep Fractures216
3.1.2.2 True Fatigue Fractures229
3.2 Effect of Chemicals on Overload Fractures244
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 Tip259
List of Literature (Literaturverzeichnis)262
Index264
Inhalt8
Vorwort6
1Aufbau, Eigenschaften und Verarbeitung der Kunststoffe10
1.1 Struktur10
1.2 Zustandsbereiche17
1.3 Homogene Kunststoffe19
1.4. Heterogene Kunststoffe21
1.5 Verformungsverhalten23
1.6 Verarbeitung24
1.7Orientierung und Eigenspannungen33
1.8 Herstellungsbedingte Oberflächenstruktur34
1.8.1Primäre Herstellungsstrukturen von Kunststoff-Oberflächen35
1.8.2 Strukturen nachbehandelter Oberflächen53
1.9 Werkstofffehler55
2 Oberflächenschäden64
2.1 Mechanische Oberflächenschäden64
2.1.1 Gleitverschleiß65
2.1.1.1 Flächiger Gleitverschleiß65
2.1.1.2 Örtlicher Gleitverschleiß (Pittings)92
2.1.2 Wälzverschleiß95
2.1.3 Örtliche mechanische Oberflächenbeschädigungen99
2.1.4 Strahlverschleiß110
2.1.5 Tropfenschlag112
2.1.6 Erosion118
2.1.7 Kavitation120
2.2 Physiko-chemische Oberflächenschäden123
2.2.1 Oberflächenschäden durch Einwirkung von Chemikalien123
2.2.2 UV-Bestrahlung133
2.2.3 Bewitterung135
2.2.4 Thermische Einwirkung140
2.2.5 Biologische Einwirkung151
3 Brüche152
3.1 Mechanische Brüche152
3.1.1 Gewaltbrüche152
3.1.1.1 Crazes157
3.1.1.2 Duktile Gewaltbrüche169
3.1.1.3 Spröde Gewaltbrüche194
3.1.2 Schwingbrüche216
3.1.2.1 Schwinginduzierte Kriechbrüche216
3.1.2.2 Echte Schwingbrüche229
3.2 Einflüsse von Chemikalien auf Gewaltbrüche244
3.2.1 Spannungsrissbildung245
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 Chemikalien259
Index264

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