Растрескивание под напряжением в выдувной бутылке из ПЭВП начинается, когда совпадают три вещи: постоянное напряжение в стенке, содержимое, действующее как агент растрескивания под напряжением, и марка смолы, стойкость которой к растрескиванию слишком низка для этой пары. Агентом обычно является жидкое моющее средство, моторное масло или промышленный химикат. Напряжение возникает при формовании — как усадочное напряжение в месте смыкания и в неравномерных стенках, — либо при наполнении и транспортировке — как нагрузка сверху в коробке и внутреннее давление при нагреве содержимого.
Эти причины относятся к трещинам, которые растут в наполненной бутылке в течение дней или недель. Бутылка, которая ломается при лёгком ударе, требует другого диагноза, например, стенки, ставшей хрупкой из-за аномально высокой кристалличности.
Что содержит бутылка
Жидкие моющие средства, моторное масло и промышленные химикаты — это содержимое, которое чаще всего вызывает растрескивание бутылок из ПЭВП. Молочным бутылкам не нужна та стойкость к растрескиванию, что нужна бутылкам для моющих средств.
Агенты растрескивания под напряжением для полиэтилена делятся на две группы:
- Поверхностно-активные вещества: моющие средства, смачиватели, мыла и спирты.
- Растворители и набухающие агенты: жидкие углеводороды и органические растворители.
Другие известные агенты для полиэтилена включают животные, растительные и минеральные масла, гидроксиды щелочных металлов, алканоламины, органические кислоты, концентрированную серную кислоту, сложноэфирные пластификаторы, альдегиды и кетоны, силиконовые масла, смазки и агенты для снятия с формы. Содержимое, которое не разрушает ПЭВП, всё равно может вызвать растрескивание напряжённой бутылки. Если формула содержит любой из этих агентов, считайте бутылку подверженной риску.
Напряжение, внесённое при выдувном формовании
Выдувное формование оставляет напряжение в бутылке, потому что стенка усаживается при кристаллизации и охлаждается только со стороны формы. Толстые участки охлаждаются и усаживаются позже, чем более тонкая стенка рядом с ними. Это несоответствие замораживает напряжение в бутылке до её наполнения. При наличии агента внутри одно это внесённое при формовании напряжение может вызвать растрескивание бутылки без какой-либо внешней нагрузки.
Формование меняет то, где находится напряжение и насколько оно велико. Оно почти не меняет собственную стойкость материала стенки: в опубликованное исследование по сравнению с маркой для бутылок для отбеливателя, образцы, вырезанные из корпусов выдувных бутылок, сопротивлялись растрескиванию под напряжением примерно так же, как и компрессионно-формованные.
Место смыкания
Бутылки из ПЭВП трескаются в месте смыкания, потому что толстый «глаз» сварного шва встречается там с более тонким нижним углом.
Два технологических дефекта делают место смыкания более склонным к растрескиванию. Колебание хвоста, когда заготовка блуждает при опускании, повышает риск. «Глаз», расположенный над кромкой бутылки, также трескается легче, чем центрированный.
Охлаждение и толщина стенки
Более горячая форма делает бутылку более склонной к растрескиванию. В спланированном эксперименте на целых выдувных полиэтиленовых бутылках, испытанных под внутренним давлением, повышение температуры головки или температуры формы снижало стойкость бутылок к растрескиванию под напряжением. Более длительное время опускания повышало её.
Это распространённая летняя причина. В влажные месяцы формовщики повышают температуру формы, чтобы предотвратить водяные пятна от конденсации на охлаждённых формах. Если жалобы начинаются летом, сравните журнал температуры формы с месяцами, когда бутылки не трескались.
Толщина стенки задаёт скорость охлаждения по всей бутылке, поэтому замороженное напряжение следует распределению толщины по программе заготовки. При одинаковой нагрузке сверху или давлении тонкий участок также несёт больше напряжения, чем толстый.
Напряжения после наполнения и транспортировки
После наполнения бутылка получает ещё два напряжения: нагрузку сверху от коробок, сложенных над ней, и внутреннее давление при нагреве запечатанного содержимого.
В коробке без свободного пространства над содержимым бутылка делит нагрузку штабеля со стенками коробки. Влажность отнимает прочность у гофрокартона и переносит нагрузку на бутылку. Бутылка затем сминается, и трещины начинаются в месте сминания. Квартовые бутылки для масла обычно трескаются в месте сгиба от нагрузки сверху в нижнем углу, а круглые бутылки — в месте соединения горловины и корпуса.
Бутылки обычно наполняют и укупоривают при комнатной температуре, затем хранят на складе без кондиционирования воздуха или в прицепе. Тепло там создаёт внутреннее давление в запечатанной бутылке.
Трещины появляются через недели после наполнения, потому что растрескивание под напряжением — это медленное разрушение при постоянном напряжении. Тепло резко сокращает время до разрушения.
Летом всё это растёт одновременно:
- Коробки: они несут меньшую часть нагрузки штабеля.
- Внутреннее давление: оно выше.
- Смола: в тёплом состоянии она разрушается быстрее.
- Внутренние напряжения от формования: более тёплые формы добавили к нему.
Жалобы на растрескивание под напряжением достигают пика в летние месяцы по этой причине.
Марка смолы
Марка смолы определяет, какое напряжение и время контакта бутылка выдерживает до растрескивания. Стойкость к растрескиванию под напряжением растёт с молекулярной массой и с короткоцепочечным ветвлением от сомономера. Она падает с ростом плотности, а значит и кристалличности, и падает с ростом индекса расплава.
Бимодальная марка ПЭВП может достигать высокой стойкости к растрескиванию под напряжением при более высокой плотности.
Снижение плотности — обычный летний шаг: формовщик, работающий со смолой 0,954 г/см³, переходит на 0,950 г/см³ на летние месяцы. Это работает в пределах одного семейства смол: мономодальные марки одного типа того же производителя, как строки Paxon ниже. Между семействами, включая бимодальные марки, плотность не предсказывает стойкость к растрескиванию под напряжением, как руководство по продукции ПЭВП ExxonMobil показывает в своей собственной таблице для выдувного формования (ASTM D1693, условие B, 100% Igepal, F50):
| Марка | Отмечено как бимодальное в руководстве | Плотность (г/см³) | ESCR (ч) |
|---|---|---|---|
| Paxon AA45-004 | Нет | 0.945 | >1000 |
| Paxon AA48-002 | Нет | 0.948 | >200 |
| Paxon AB50-003 | Нет | 0.950 | 70 |
| Paxon AL55-003 | Нет | 0.954 | 30 |
| Paxon AA60-003 | Нет | 0.963 | 20 |
| Paxon AD60-005 | Нет | 0.963 | 10 |
| ExxonMobil HD 9830.02 | Да | 0.956 | 370 |
| ExxonMobil HD 9856B | Да | 0.957 | >1000 |
Прежде чем сравнивать показатели ESCR в технических паспортах двух производителей, проверьте, что они были измерены одинаковым способом. В большинстве технических паспортов приводится испытание на изогнутых образцах по ASTM D1693, часто без указания его настроек, а четыре настройки изменяют результат:
- Толщина образца: Условие A или Условие B.
- Концентрация Igepal: обычно 10% или 100%, хотя встречаются и другие концентрации.
- Температура испытания: температура ванны, в которой находились образцы.
- Точка отказа: F0 — время до первого растрескавшегося образца, F50 — время до растрескивания половины образцов.
Настройки изменяют число для одной и той же марки, и одно нельзя перевести в другое.
Небольшие различия мало что значат даже при одинаковых настройках: F50 в 10 ч, указанный одной лабораторией, может составлять от 3,4 до 29 ч в 95% случаев, когда другая лаборатория испытывает те же образцы. Сравнивайте только показатели с одинаковыми настройками и точкой отказа. Запрашивайте у каждого производителя показатель при тех настройках, по которым аттестована ваша текущая марка. Показатель для образца ранжирует смолы; он не говорит, сколько прослужит наполненная бутылка.