Environmental stress cracking of high impact polystyrene

The aim of this thesis project is to investigate the Environmental Stress Cracking (ESC) resistance of High Impact PolyStyrene (HIPS), with an approach based on Fracture Mechanics. Two different grades of HIPS were considered, identified as HIPS-A (a grade specifically designed to be ESC resistant) and HIPS-B (a general-purpose grade, whose employment should be limited to non-environmental applications). Constant displacement rate fracture tests were conducted, both in air and under active environment (sunflower oil), on specimens presenting a pre-existing crack. The main objective is the determination of the characteristic crack initiation and propagation times to evaluate the Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) parameters K and G, until failure, in order to show the effect of the environment on fracture toughness. The other focus is related to the analysis of the efficiency, reproducibility and ease of use of these tests, to obtain information useful for materials ranking and for the evaluation of failure times for industrial applications. This project was also conducted as a part of a Round-Robin study, involving several other laboratories, aiming at verifying the capabilities to obtain consistent data regarding fracture resistance of HIPS under ESC condition.

Lo scopo di questo progetto di tesi è quello di studiare la resistenza alla frattura in ambiente attivo (ESC) di polistirene antiurto (HIPS), con un approccio basato sulla Meccanica della Frattura. Sono stati presi in considerazione due diversi gradi di HIPS, identificati come HIPS-A (progettato per essere resistente ad ESC) e HIPS-B (per uso generale, il cui impiego dovrebbe essere limitato ad applicazioni non ambientali). Sono state condotte prove di frattura a velocità di spostamento costante, sia in aria che in ambiente attivo (olio di semi di girasole), su provini che presentavano una cricca preesistente. L'obiettivo principale è la determinazione dei tempi caratteristici di innesco e propagazione della cricca, per valutare i parametri K e G della Meccanica della Frattura Lineare Elastica (MFLE) fino alla rottura, al fine di mostrare l'effetto dell'ambiente sulla tenacità a frattura. L'altro obiettivo è legato all'analisi dell'efficienza, riproducibilità e facilità d'impiego di questo tipo di prove, per ottenere informazioni utili per la classificazione dei materiali e per la valutazione dei tempi di rottura per applicazioni industriali. Questo progetto è stato condotto anche nell'ambito di uno studio Round-Robin, che ha coinvolto diversi laboratori con l'obiettivo di verificare le capacità nell’ottenere dati coerenti di resistenza a frattura di HIPS in condizioni di ESC.