Scanning Electron Microscopy of Plastics Failure
Rasterelektronenmikroskopie von Kunststoffschäden
1st Edition
Published on 4. November 2010
272 pages
978-3-446-42665-8 (ISBN)
Description
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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Gottfried W. Ehrenstein | Lothar Engel | Hermann Klingele
Scanning Electron Microscopy of Plastics Failure
Rasterelektronenmikroskopie von Kunststoffschäden
Book
11/2010
1st Edition
Hanser
€199.00
Shipment within 5-7 days
Content
1 - Contents [Seite 8]
1.1 - Preface [Seite 6]
1.2 - 1 Structure, Properties and Processing of Polymeric Materials [Seite 10]
1.2.1 - 1.1 Structure [Seite 10]
1.2.2 - 1.2 Material States and Transition Regions [Seite 17]
1.2.3 - 1.3 Homogeneous Polymeric Materials [Seite 19]
1.2.4 - 1.4 Heterogeneous Polymeric Materials [Seite 21]
1.2.5 - 1.5 Deformation Behavior [Seite 23]
1.2.6 - 1.6 Processing [Seite 24]
1.2.7 - 1.7 Orientation and Internal Stresses [Seite 33]
1.2.8 - 1.8 Processing Induced Surface Texture [Seite 34]
1.2.8.1 - 1.8.1 Primary Textures of Polymer Surfaces Caused by the Manufacturing Process [Seite 35]
1.2.8.2 - 1.8.2 Textures of Post-Treated Surfaces [Seite 53]
1.2.9 - 1.9 Material Defects [Seite 55]
1.3 - 2 Surface Damage [Seite 64]
1.3.1 - 2.1 Mechanical Surface Damage [Seite 64]
1.3.1.1 - 2.1.1 Frictional Wear [Seite 65]
1.3.1.1.1 - 2.1.1.1 Uniform Frictional Wear of Flat Surfaces [Seite 65]
1.3.1.1.2 - 2.1.1.2 Local Frictional Wear (Pitting) [Seite 92]
1.3.1.2 - 2.1.2 Rolling Wear [Seite 95]
1.3.1.3 - 2.1.3 Localized, Mechanical Surface Damage [Seite 99]
1.3.1.4 - 2.1.4 Wear Caused by Exposure to Solid Particle Streams [Seite 110]
1.3.1.5 - 2.1.5 Impingement of Droplets [Seite 112]
1.3.1.6 - 2.1.6 Erosion [Seite 118]
1.3.1.7 - 2.1.7 Cavitation [Seite 120]
1.3.2 - 2.2 Physico-Chemical Surface Damage [Seite 123]
1.3.2.1 - 2.2.1 Surface Damage Caused by Chemicals [Seite 123]
1.3.2.2 - 2.2.2 UV Irradiation [Seite 133]
1.3.2.3 - 2.2.3 Weathering [Seite 135]
1.3.2.4 - 2.2.4 Thermal Impact [Seite 140]
1.3.2.5 - 2.2.5 Biological Impact [Seite 151]
1.4 - 3 Fractures [Seite 152]
1.4.1 - 3.1 Mechanical Fractures [Seite 152]
1.4.1.1 - 3.1.1 Overload Fractures [Seite 152]
1.4.1.1.1 - 3.1.1.1 Crazes [Seite 157]
1.4.1.1.2 - 3.1.1.2 Ductile Overload Fractures [Seite 169]
1.4.1.1.3 - 3.1.1.3 Brittle Fractures [Seite 194]
1.4.1.2 - 3.1.2 Dynamic Fatigue Fractures [Seite 216]
1.4.1.2.1 - 3.1.2.1 Vibration-Induced Creep Fractures [Seite 216]
1.4.1.2.2 - 3.1.2.2 True Fatigue Fractures [Seite 229]
1.4.2 - 3.2 Effect of Chemicals on Overload Fractures [Seite 244]
1.4.2.1 - 3.2.1 Environmental Stress Cracking (ESC) [Seite 245]
1.4.2.2 - 3.2.2 Permanent Embrittlement after Exposure to Chemicals (Fracture Following hemical Attack) [Seite 249]
1.4.2.3 - 3.2.3 Increased Ductility Caused by Chemical Attack (Plasticizing Effect) [Seite 256]
1.4.2.4 - 3.2.4 Chemical Etching of Crack Tip [Seite 259]
1.5 - List of Literature (Literaturverzeichnis) [Seite 262]
1.6 - Index [Seite 264]
2 - Inhalt [Seite 8]
2.1 - Vorwort [Seite 6]
2.2 - 1Aufbau, Eigenschaften und Verarbeitung der Kunststoffe [Seite 10]
2.2.1 - 1.1 Struktur [Seite 10]
2.2.2 - 1.2 Zustandsbereiche [Seite 17]
2.2.3 - 1.3 Homogene Kunststoffe [Seite 19]
2.2.4 - 1.4. Heterogene Kunststoffe [Seite 21]
2.2.5 - 1.5 Verformungsverhalten [Seite 23]
2.2.6 - 1.6 Verarbeitung [Seite 24]
2.2.7 - 1.7Orientierung und Eigenspannungen [Seite 33]
2.2.8 - 1.8 Herstellungsbedingte Oberflächenstruktur [Seite 34]
2.2.8.1 - 1.8.1Primäre Herstellungsstrukturen von Kunststoff-Oberflächen [Seite 35]
2.2.8.2 - 1.8.2 Strukturen nachbehandelter Oberflächen [Seite 53]
2.2.9 - 1.9 Werkstofffehler [Seite 55]
2.3 - 2 Oberflächenschäden [Seite 64]
2.3.1 - 2.1 Mechanische Oberflächenschäden [Seite 64]
2.3.1.1 - 2.1.1 Gleitverschleiß [Seite 65]
2.3.1.1.1 - 2.1.1.1 Flächiger Gleitverschleiß [Seite 65]
2.3.1.1.2 - 2.1.1.2 Örtlicher Gleitverschleiß (Pittings) [Seite 92]
2.3.1.2 - 2.1.2 Wälzverschleiß [Seite 95]
2.3.1.3 - 2.1.3 Örtliche mechanische Oberflächenbeschädigungen [Seite 99]
2.3.1.4 - 2.1.4 Strahlverschleiß [Seite 110]
2.3.1.5 - 2.1.5 Tropfenschlag [Seite 112]
2.3.1.6 - 2.1.6 Erosion [Seite 118]
2.3.1.7 - 2.1.7 Kavitation [Seite 120]
2.3.2 - 2.2 Physiko-chemische Oberflächenschäden [Seite 123]
2.3.2.1 - 2.2.1 Oberflächenschäden durch Einwirkung von Chemikalien [Seite 123]
2.3.2.2 - 2.2.2 UV-Bestrahlung [Seite 133]
2.3.2.3 - 2.2.3 Bewitterung [Seite 135]
2.3.2.4 - 2.2.4 Thermische Einwirkung [Seite 140]
2.3.2.5 - 2.2.5 Biologische Einwirkung [Seite 151]
2.4 - 3 Brüche [Seite 152]
2.4.1 - 3.1 Mechanische Brüche [Seite 152]
2.4.1.1 - 3.1.1 Gewaltbrüche [Seite 152]
2.4.1.1.1 - 3.1.1.1 Crazes [Seite 157]
2.4.1.1.2 - 3.1.1.2 Duktile Gewaltbrüche [Seite 169]
2.4.1.1.3 - 3.1.1.3 Spröde Gewaltbrüche [Seite 194]
2.4.1.2 - 3.1.2 Schwingbrüche [Seite 216]
2.4.1.2.1 - 3.1.2.1 Schwinginduzierte Kriechbrüche [Seite 216]
2.4.1.2.2 - 3.1.2.2 Echte Schwingbrüche [Seite 229]
2.4.2 - 3.2 Einflüsse von Chemikalien auf Gewaltbrüche [Seite 244]
2.4.2.1 - 3.2.1 Spannungsrissbildung [Seite 245]
2.4.2.2 - 3.2.2 Bleibende Versprödung nach Einwirkung von Chemikalien (Gewaltbruch im Anschluss an einen chemischen Angriff) [Seite 249]
2.4.2.3 - 3.2.3 Erhöhte Duktilität durch Einfluss von Chemikalien (Weichmachereffekt) [Seite 256]
2.4.2.4 - 3.2.4 Anlösen des Rissgrundes durch Chemikalien [Seite 259]
2.5 - Index [Seite 264]
1.1 - Preface [Seite 6]
1.2 - 1 Structure, Properties and Processing of Polymeric Materials [Seite 10]
1.2.1 - 1.1 Structure [Seite 10]
1.2.2 - 1.2 Material States and Transition Regions [Seite 17]
1.2.3 - 1.3 Homogeneous Polymeric Materials [Seite 19]
1.2.4 - 1.4 Heterogeneous Polymeric Materials [Seite 21]
1.2.5 - 1.5 Deformation Behavior [Seite 23]
1.2.6 - 1.6 Processing [Seite 24]
1.2.7 - 1.7 Orientation and Internal Stresses [Seite 33]
1.2.8 - 1.8 Processing Induced Surface Texture [Seite 34]
1.2.8.1 - 1.8.1 Primary Textures of Polymer Surfaces Caused by the Manufacturing Process [Seite 35]
1.2.8.2 - 1.8.2 Textures of Post-Treated Surfaces [Seite 53]
1.2.9 - 1.9 Material Defects [Seite 55]
1.3 - 2 Surface Damage [Seite 64]
1.3.1 - 2.1 Mechanical Surface Damage [Seite 64]
1.3.1.1 - 2.1.1 Frictional Wear [Seite 65]
1.3.1.1.1 - 2.1.1.1 Uniform Frictional Wear of Flat Surfaces [Seite 65]
1.3.1.1.2 - 2.1.1.2 Local Frictional Wear (Pitting) [Seite 92]
1.3.1.2 - 2.1.2 Rolling Wear [Seite 95]
1.3.1.3 - 2.1.3 Localized, Mechanical Surface Damage [Seite 99]
1.3.1.4 - 2.1.4 Wear Caused by Exposure to Solid Particle Streams [Seite 110]
1.3.1.5 - 2.1.5 Impingement of Droplets [Seite 112]
1.3.1.6 - 2.1.6 Erosion [Seite 118]
1.3.1.7 - 2.1.7 Cavitation [Seite 120]
1.3.2 - 2.2 Physico-Chemical Surface Damage [Seite 123]
1.3.2.1 - 2.2.1 Surface Damage Caused by Chemicals [Seite 123]
1.3.2.2 - 2.2.2 UV Irradiation [Seite 133]
1.3.2.3 - 2.2.3 Weathering [Seite 135]
1.3.2.4 - 2.2.4 Thermal Impact [Seite 140]
1.3.2.5 - 2.2.5 Biological Impact [Seite 151]
1.4 - 3 Fractures [Seite 152]
1.4.1 - 3.1 Mechanical Fractures [Seite 152]
1.4.1.1 - 3.1.1 Overload Fractures [Seite 152]
1.4.1.1.1 - 3.1.1.1 Crazes [Seite 157]
1.4.1.1.2 - 3.1.1.2 Ductile Overload Fractures [Seite 169]
1.4.1.1.3 - 3.1.1.3 Brittle Fractures [Seite 194]
1.4.1.2 - 3.1.2 Dynamic Fatigue Fractures [Seite 216]
1.4.1.2.1 - 3.1.2.1 Vibration-Induced Creep Fractures [Seite 216]
1.4.1.2.2 - 3.1.2.2 True Fatigue Fractures [Seite 229]
1.4.2 - 3.2 Effect of Chemicals on Overload Fractures [Seite 244]
1.4.2.1 - 3.2.1 Environmental Stress Cracking (ESC) [Seite 245]
1.4.2.2 - 3.2.2 Permanent Embrittlement after Exposure to Chemicals (Fracture Following hemical Attack) [Seite 249]
1.4.2.3 - 3.2.3 Increased Ductility Caused by Chemical Attack (Plasticizing Effect) [Seite 256]
1.4.2.4 - 3.2.4 Chemical Etching of Crack Tip [Seite 259]
1.5 - List of Literature (Literaturverzeichnis) [Seite 262]
1.6 - Index [Seite 264]
2 - Inhalt [Seite 8]
2.1 - Vorwort [Seite 6]
2.2 - 1Aufbau, Eigenschaften und Verarbeitung der Kunststoffe [Seite 10]
2.2.1 - 1.1 Struktur [Seite 10]
2.2.2 - 1.2 Zustandsbereiche [Seite 17]
2.2.3 - 1.3 Homogene Kunststoffe [Seite 19]
2.2.4 - 1.4. Heterogene Kunststoffe [Seite 21]
2.2.5 - 1.5 Verformungsverhalten [Seite 23]
2.2.6 - 1.6 Verarbeitung [Seite 24]
2.2.7 - 1.7Orientierung und Eigenspannungen [Seite 33]
2.2.8 - 1.8 Herstellungsbedingte Oberflächenstruktur [Seite 34]
2.2.8.1 - 1.8.1Primäre Herstellungsstrukturen von Kunststoff-Oberflächen [Seite 35]
2.2.8.2 - 1.8.2 Strukturen nachbehandelter Oberflächen [Seite 53]
2.2.9 - 1.9 Werkstofffehler [Seite 55]
2.3 - 2 Oberflächenschäden [Seite 64]
2.3.1 - 2.1 Mechanische Oberflächenschäden [Seite 64]
2.3.1.1 - 2.1.1 Gleitverschleiß [Seite 65]
2.3.1.1.1 - 2.1.1.1 Flächiger Gleitverschleiß [Seite 65]
2.3.1.1.2 - 2.1.1.2 Örtlicher Gleitverschleiß (Pittings) [Seite 92]
2.3.1.2 - 2.1.2 Wälzverschleiß [Seite 95]
2.3.1.3 - 2.1.3 Örtliche mechanische Oberflächenbeschädigungen [Seite 99]
2.3.1.4 - 2.1.4 Strahlverschleiß [Seite 110]
2.3.1.5 - 2.1.5 Tropfenschlag [Seite 112]
2.3.1.6 - 2.1.6 Erosion [Seite 118]
2.3.1.7 - 2.1.7 Kavitation [Seite 120]
2.3.2 - 2.2 Physiko-chemische Oberflächenschäden [Seite 123]
2.3.2.1 - 2.2.1 Oberflächenschäden durch Einwirkung von Chemikalien [Seite 123]
2.3.2.2 - 2.2.2 UV-Bestrahlung [Seite 133]
2.3.2.3 - 2.2.3 Bewitterung [Seite 135]
2.3.2.4 - 2.2.4 Thermische Einwirkung [Seite 140]
2.3.2.5 - 2.2.5 Biologische Einwirkung [Seite 151]
2.4 - 3 Brüche [Seite 152]
2.4.1 - 3.1 Mechanische Brüche [Seite 152]
2.4.1.1 - 3.1.1 Gewaltbrüche [Seite 152]
2.4.1.1.1 - 3.1.1.1 Crazes [Seite 157]
2.4.1.1.2 - 3.1.1.2 Duktile Gewaltbrüche [Seite 169]
2.4.1.1.3 - 3.1.1.3 Spröde Gewaltbrüche [Seite 194]
2.4.1.2 - 3.1.2 Schwingbrüche [Seite 216]
2.4.1.2.1 - 3.1.2.1 Schwinginduzierte Kriechbrüche [Seite 216]
2.4.1.2.2 - 3.1.2.2 Echte Schwingbrüche [Seite 229]
2.4.2 - 3.2 Einflüsse von Chemikalien auf Gewaltbrüche [Seite 244]
2.4.2.1 - 3.2.1 Spannungsrissbildung [Seite 245]
2.4.2.2 - 3.2.2 Bleibende Versprödung nach Einwirkung von Chemikalien (Gewaltbruch im Anschluss an einen chemischen Angriff) [Seite 249]
2.4.2.3 - 3.2.3 Erhöhte Duktilität durch Einfluss von Chemikalien (Weichmachereffekt) [Seite 256]
2.4.2.4 - 3.2.4 Anlösen des Rissgrundes durch Chemikalien [Seite 259]
2.5 - Index [Seite 264]
"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."
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."
