The effect of mold release agents used in injection on environmental stress cracking behavior of polycarbonates

Öz

In this study, the effect of mold release agent on the Environmental Stress Cracking of plastics under injection molding application has been investigated for crack and craze initiation. During this investigation, a great number of plastic injection and tests have been performed. In the last years, polycarbonate which is used as a polymer in this study has attracted great attention due to its advantages such as high durability, impact resistance, and is more economical. Moreover, polycarbonate is also preferred in the Defense Industry for electronic applications that capitalize on its collective safety features and being a good electrical insulator and having heat-resistant and flame-retardant properties. During the plastic injection production process, despite advance knowledge of plastic manufacturing, plastics parts experience failure due to severe causes. One of them, Environmental stress cracking (ESC), which occurs when metallurgical, environmental, and mechanical conditions are combined. Furthermore, a plastic resin is degraded by a chemical agent in the presence of stress. So, the effects of the chemical agent and mechanical stresses result in cracking after some time. In the first step of this study, the effects and causes of Environmental stress cracking have been examined. It has been determined that how chemical agents’ consequence critical plastic component failure. Moreover, contamination of chemical agents is an accelerating agent to plastic parts considering crack growth, also other main reasons of the plastic failure have environmental stress cracking is stresses which are existing during molding processes as residual stresses and mechanical stresses have been questioned. In the second stage of this investigation, molding release agents that are selected for questioning cause environmental stress cracking as a chemical agent because mold release agents are used widely in the industry by manufacturers. In this study, plastic parts that have different mechanical properties, are manufactured while using different molding release agents, and craze initiation and propagation stages have been observed experimentally. Observation depends on test equipment which is designed according to strain levels. As a result, environmental stress cracking is one of the main failures for plastic injection parts as the plastic killer and chemical agents such as molding release agent is a factor for increasing crazes grow more rapidly.

Anahtar Kelimeler

• Plastics failures
• Polycarbonate plastic
• Environmental stress cracking
• Mold release agents
• Plastic injection

Enjeksiyon kalıplama yönteminde kullanılan kimyasal kalıp ayırıcıların polikarbonat malzemelerde çevresel gerilme çatlağı ilerlemesine etkisi

Öz

Polikarbonatlar bir termoplastik olarak metalik malzemelerle karşılaştırıldığında yüksek dayanıklığı, darbe direncinin yüksek olması, daha ekonomik, hafif ve uzun ömürlü oluşları ile kullanım alanları birçok endüstri alanında yaygınlaşmıştır. Plastikler avantajlarının yanında bazı koşullar altında çatlak ilerlermesi gibi kusurlar ile araştırmalara konu olmuştur. Ayrıca, dizayn çalışalarında bu konular göz önünde bulundurarak başarılı parça tasarımları ve üretimleri gerçekleştirimesi amaçlanmıştır. Çevresel gerilme çatlağı ise yavaş çatlak ilerlemesi prosesi olarak termoplastiklerde gözükmektedir. Plastik parçalara uygulanan gerilmeler ve üretim esnasında oluşan iç gerilmeler ve kimyasal konteminasyon gibi çevresel etmenlerin birleşimi ile çevresel gerilme çatlağı oluşmaktadır. Bu konuda firmalar ve ilgili araştırma merkezleri üretilen malzemelerin çevresel gerilme çatlağı için çeşitli test metotları kullanmaktadır. Bunlara sabit gerilme tabanlı testler ekonomik açıdan daha çok tercih edilmektedir. Çeşitli çevresel durummlar altında tercih edilen plastik malzemenin davranışları ve mekanik, fiziksel özellikleri incelenerek proseslerde ilerlenmektedir. Bu tez çalışasında ise üretim alanında plastik enjeksiyon prosesinde, seri üretime bağlı olarak yoğun şekilde kullanılabilen kimyasal kalıp ayırıcılarının çevresel gerilme çatlağına bağlı olarak plastikler üzerindeki verdiği hasarlar, çeşitli testler ve incelemelerle gözlemlenmeye çalışılmıştır. Çeşitli polikarbonatların plastik enjeksiyonu sırasında sanayide yoğun şekilde kullanılan kalıp ayırıcıların kullanılması ile deneyler yapılmıştır. Test düzenekleri sabit gerilme ile tasarlanıp test parçalarında testler uygulanmış ve daha sonra mikroskop altında çatlak oluşumu ve kimyasal kontaminasyona bağlı yüzeysel kusurların incelenmesi amaçlanmıştır. Ayrıca mekanik ve fiziksel özelliklerin değişik test koşulları altındaki durumları gözlemlenmiştir. Üç nokta bükme deneyleri ile malzemelere yüklenebilecek en yüksek değerlerdeki değişim karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Plastiklerde kırılma mekanizmaları
• Polikarbonat plastik
• Çevresel gerilme çatlağo
• Kalıp ayırıcıları
• Plastik enjeksiyon
• Plastiklerde kırılma mekanizmaları, Polikarbonat plastik, Çevresel gerilme çatlağo, Kalıp ayırıcıları, Plastik enjeksiyon

Kaynakça

1. 1. KYRIACOS, Deny. Polycarbonates. In: Brydson's Plastics Materials. Butterworth-Heinemann, 2017. p. 457-485.
2. 2. Brunelle, Daniel J. "Advances in polycarbonates: An overview." 2005. p. 1-5.
3. 3. Bendler, John T., ed. Handbook of polycarbonate science and technology. CRC press, 1999.
4. 4. ROBESON, Lloyd M. Environmental stress cracking: A review. Polymer Engineering & Science, 2013, 53.3: 453-467.
5. 5. Environmental Stress Crack Resistance. LyondellBasell. https://www.lyondellbasell.com/globalassets/documents/polymers-technical-literature/tech-topic-environmental-stress-crack-resistance.pdf. Erişim tarihi Mayıs 23,2021.
6. 6. JANSEN, J. The plastics killer. Advanced Materials and Processes, 2004, 50-53.
7. 7. YAYLA P., ŞAHİN Ş., KILAVUZ İ., Poliolefin malzemelerde çevresel gerilme çatlak ilerlemesi. Prooceedings of 8th International Fracture Conference 7 – 9 November 2007. p. 259-268
8. 8. WRIGHT, David. Failure of plastics and rubber products: causes, effects and case studies involving degradation. iSmithers Rapra Publishing, 2001.

9. 9. ZHANG, Yi, et al. Measurement of Environmental Stress Cracking Resistance of Polyethylene Pipe: A Review. In: ASME 2019 Asia Pacific Pipeline Conference. American Society of Mechanical Engineers Digital Collection, 2019.
10. 10. AL-SAIDI, Lutfi F.; MORTENSEN, Kell; ALMDAL, Kristoffer. Environmental stress cracking resistance. Behaviour of polycarbonate in different chemicals by determination of the time-dependence of stress at constant strains. Polymer Degradation and Stability, 2003, 82.3: 451-461.
11. 11. NIELSEN, Tenna B.; HANSEN, Charles M. Surface wetting and the prediction of environmental stress cracking (ESC) in polymers. Polymer degradation and stability, 2005, 89.3: 513-516.
12. 12. FERREIRA, Mônica Martiniano; LINS, Vanessa de Freitas Cunha. Failure in automobile headlight lenses. Engineering failure analysis, 2019, 104: 844-855.
13. 13. ANDENA, Luca, et al. Determination of environmental stress cracking resistance of polymers: Effects of loading history and testing configuration. Engineering Fracture Mechanics, 2013, 101: 33-46.
14. 14. RAMAN, Arun; FARRIS, Richard J.; LESSER, Alan J. Effect of stress state and polymer morphology on environmental stress cracking in polycarbonate. Journal of applied polymer science, 2003, 88.2: 550-564.
15. 15. YAN, Chenguang, et al. Improvement of environmental stress cracking resistance of polycarbonate by silicone coating. Polymer Testing, 2017, 60: 6-11.
16. 16. HOPMANN, Christian, et al. Influencing the environmental stress cracking resistance of amorphous thermoplastic parts by the example of polycarbonate and water. Polymer Engineering & Science, 2019, 59.S1: E361-E366.
17. 17. ŞENGÜL, M. ve TAŞDEMİR H.A. . The Evidence Of Mold Releasing Agent For Environmental Stress Cracking Of Polycarbonates . 2020 IMSTEC 5. International Conference on Material Science and Technology içinde (166-170. ss.). Cappadocia/TURKEY.
18. 18. SABIC - Polycarbonate (PC). SABIC - Polycarbonate (PC). https://www.sabic.com/en/products/polymers/polycarbonate-pc. Erişim tarihi Mayıs 23, 2021.
19. 19. ASTM D790-17 Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials, in, ASTM International, West Conshohoken, PA, 2017. https://doi.org/10.1520/d0790-10