A fracture mechanics approach to the environmental stress cracking of HIPS

In this work the Environmental Stress Cracking (ESC) resistance of two high-impact polystyrene (HIPS) grades, a general purpose one and an ESC-resistant one, was evaluated following a Linear-Elastic Fracture Mechanics approach by developing a script to automate the process of data elaboration. The active environment of choice was sunflower oil, which is known to interact with these materials. Tests in the four-point bending configuration were performed on notched samples at constant load (creep) and constant displacement rate. From these tests, the fracture behavior of the materials was characterized by analyzing both the crack initiation and propagation phase, for tests both in air and in active environment. The characterization was done using both stress intensity factor, K and energy release rate, G, as relevant fracture parameters. The analysis of this data is a long process that passes through many intermediate steps. In this work the possibility of using an automated method to speed up this process. Specifically, 2 scripts have been written, one for each testing configuration. These permits, where possible, to make automatic the analysis starting directly from raw data coming from testing instruments. Some considerations are then made on the possibility to use these scripts instead of analyzing the specimen data one by one.

In questo lavoro, la resistenza ad Environmental Stress Cracking di due gradi di polistirene antiurto (HIPS), uno per applicazioni generiche e uno specifico per contatto con ambiente attivo, è stata valutata usando un approccio basato sulla meccanica della frattura lineare elastica scrivendo degli script in grado di rendere automatica l’elaborazione dei dati. L’ambiente attivo utilizzato è l’olio di semi di girasole, essendone nota l’interazione con i materiali utilizzati. Test di frattura in flessione a quattro punti sono stati condotti su provini intagliati sotto carico costante (creep) e con velocità di deformazione costante. Da questi test il comportamento a frattura dei materiali usati è stato caratterizzato analizzando sia la fase di innesco della frattura che la seguente fase di propagazione, in aria come in ambiente attivo. Questa caratterizzazione è stata fatta utilizzando sia il fattore di intensificazione degli sforzi, K, che il tasso di rilascio di energia, G, come parametri di frattura. L’analisi di questi dati è un processo che richiede di passare attraverso diversi passaggi di elaborazione intermedi. In questo lavoro, viene esplorata la possibilità di utilizzare un metodo automatico per rendere più veloce questo processo. Nello specifico, sono stati elaborati 2 script da utilizzare ciascuno per una configurazione di test (creep o a velocità di deformazione costante). Questi script permettono, per quanto possibile, di rendere automatica l’analisi partendo direttamente dai dati raw estratti dagli strumenti di test. Vengono poi fatte delle considerazioni sull’effettiva possibilità di utilizzare soltanto questo metodo automatizzato di analisi al posto dell’analisi manuale dato per dato.