 | Эта статья включает в себя список ссылок , связанных материалов или внешних ссылок , но ее источники остаются неясными, поскольку в ней отсутствуют встроенные цитаты . ( Сентябрь 2008 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
| Часть серии по |
| Криминалистика |
|---|
 |
|
Криминалистическая полимерная инженерия - это исследование отказов полимерных продуктов. Тема включает в себя перелом пластмассовых изделий или любую другую причину, по которой такой продукт не работает или не соответствует его спецификации . Предмет сосредотачивается на вещественных доказательствах с места преступления или несчастного случая, выявляя дефекты в тех материалах, которые могли бы объяснить, почему произошел несчастный случай, или источник конкретного материала для идентификации преступника. В исследованиях могут использоваться многие аналитические методы, используемые для идентификации полимеров, точный набор определяется природой рассматриваемого полимера, будь то термореактивный , термопластичный , эластомерный или композитный. в природе.
Одним из аспектов является анализ следов, таких как следы скольжения на открытых поверхностях, когда контакт между разнородными материалами оставляет следы одного материала на другом. При условии, что следы могут быть успешно проанализированы, часто можно реконструировать происшествие или преступление.
Методы анализа [ править ]
Термопласты можно анализировать с помощью инфракрасной спектроскопии , ультрафиолетовой и видимой спектроскопии , спектроскопии ядерного магнитного резонанса и сканирующего электронного микроскопа окружающей среды . Неисправные образцы могут быть растворены в подходящем растворителе и непосредственно исследованы (УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопия) или представляют собой тонкую пленку, отлитую из растворителя, или вырезанную с помощью микротомии из твердого продукта. Инфракрасная спектроскопия особенно полезна для оценки окисления полимеров, например деградации полимера, вызванной неправильным литьем под давлением . В спектре показана характерная карбонильная группа, образованная окислениемполипропилен , делавший изделие хрупким . Это была важная часть костыля, и когда она вышла из строя, пользователь упала и очень серьезно поранилась. Спектр был получен из тонкой пленки, отлитой из раствора образца пластмассы, взятой из вышедшего из строя костыля предплечья .
Предпочтительна микротомия, поскольку нет никаких осложнений, связанных с абсорбцией растворителя, и частично сохраняется целостность образца. Термореактивные материалы , композиты и эластомеры часто можно исследовать с помощью только микротомии из-за нерастворимой природы этих материалов.
Перелом [ править ]
Разрушенные продукты можно исследовать с помощью фрактографии , особенно полезного метода для всех сломанных компонентов с использованием макрофотографии и оптической микроскопии . Хотя полимеры обычно обладают совершенно другими свойствами по сравнению с металлами , керамикой и стеклом , они так же подвержены разрушению из-за механической перегрузки , усталости и коррозионного растрескивания под напряжением, если продукты плохо спроектированы или изготовлены.
Сканирующая электронная микроскопия или ESEM особенно полезна для исследования поверхностей излома, а также может обеспечить элементный анализ просматриваемых частей исследуемого образца. Это эффективный метод микроанализа и ценный для исследования следов . С другой стороны, в ESEM отсутствует цветопередача , и нет информации о том, каким образом эти элементы связаны друг с другом. Образцы будут подвергаться частичному вакууму, поэтому любые летучие вещества могут быть удалены, а поверхности могут быть загрязнены веществами, используемыми для прикрепления образца к оправе.
Примеры [ править ]
Многие полимеры подвергаются воздействию определенных химических веществ в окружающей среде, и могут возникнуть серьезные проблемы, включая дорожно-транспортные происшествия и травмы . Деградация полимера приводит к охрупчиванию образца и разрушению при малых приложенных нагрузках.
Растрескивание озона [ править ]
Например, полимеры могут подвергаться воздействию агрессивных химикатов, и под нагрузкой трещины будут расти по механизму коррозионного растрескивания под напряжением . Возможно , самый старый известный примером является озоном крекинга из каучуков , где следы озона в атмосфере атакуют двойные связи в цепях материалов. Эластомеры с двойными связями в цепях включают натуральный каучук , нитрильный каучук и стирол-бутадиеновый каучук. Все они очень чувствительны к воздействию озона и могут вызывать такие проблемы, как возгорание транспортных средств (из-за резиновых топливопроводов) и шины.выбросы. В наши дни в эти полимеры широко добавляют антиозонанты, поэтому вероятность растрескивания снизилась. Однако не все резиновые изделия, имеющие критическое значение для безопасности, защищены, и, поскольку только часть на миллиард озона начнет атаковать, отказы все еще происходят.
Растрескивание под действием хлора [ править ]
Другой высокореактивный газ - это хлор , который разрушает чувствительные полимеры, такие как ацетальная смола и полибутиленовые трубопроводы. В США было много примеров того, как такие трубы и ацетальные фитинги теряли свои свойства в результате растрескивания, вызванного хлором. По сути, газ атакует чувствительные части цепных молекул (особенно вторичные, третичные или аллильные атомы углерода), окисляя цепи и в конечном итоге вызывая расщепление цепи. Основная причина - это следы хлора в водопроводной воде, добавленного для его антибактериального действия, атака происходит даже при миллионных долях растворенного газа. Хлор воздействует на слабые части продукта, а в случае ацетальной смолыстык в системе водоснабжения, в первую очередь подверглись атаке корни резьбы, в результате чего образовалась хрупкая трещина. Изменение цвета на поверхности излома было вызвано отложением карбонатов из системы подачи жесткой воды , поэтому соединение находилось в критическом состоянии в течение многих месяцев.
Гидролиз [ править ]
Большинство полимеров ступенчатого роста могут подвергаться гидролизу в присутствии воды, часто реакции, катализируемой кислотой или щелочью . Например, нейлон будет разрушаться и быстро трескаться под воздействием сильных кислот - явление, хорошо известное людям, которые случайно пролили кислоту на свои колготки.
Разрыв топливопровода стал причиной серьезной аварии, когда дизельное топливо из фургона вылилось на дорогу. Следующую машину занесло, и водитель был серьезно ранен, когда она столкнулась с встречным грузовиком. Сканирующая электронная микроскопия или SEM показала, что нейлоновый соединитель сломался из-за коррозионного растрескивания из-за небольшой утечки аккумуляторной кислоты. Нейлон подвержен гидролизу при контакте с серной кислотой , и только небольшой утечки кислоты было бы достаточно, чтобы вызвать хрупкую трещину в литом под давлением соединителе по механизму, известному как коррозионное растрескивание под напряжением или SCC.
Трещина выросла по диаметру трубы примерно за 7 дней, поэтому водитель фургона должен был увидеть утечку задолго до того, как трещина вырастет до критического размера. Он этого не сделал, что привело к аварии. Поверхность излома имела в основном хрупкую поверхность с бороздками, указывающими на прогрессирующий рост трещины по диаметру трубы. Как только трещина проникла во внутреннее отверстие, топливо начало вытекать на дорогу. Дизель особенно опасен на дорожном покрытии, поскольку он образует тонкую масляную пленку, которую водители не могут легко увидеть. По смазывающим свойствам он похож на черный лед , поэтому при утечках дизельного топлива часто возникают заносы. Страховщики водителя фургона признали ответственность, и пострадавшему водителю была выплачена компенсация.
Поликарбонат подвержен щелочному гидролизу, при этом материал просто деполимеризуется. Полиэфиры склонны к разложению при обработке сильными кислотами, и во всех этих случаях необходимо следить за тем, чтобы сырье для обработки было высушено при высоких температурах, чтобы предотвратить возникновение проблемы.
УФ-деградация [ править ]
Многие полимеры также подвергаются воздействию УФ-излучения в уязвимых точках их цепных структур. Таким образом, полипропилен сильно растрескивается на солнце, если не добавлены антиоксиданты . Точка атаки возникает у третичного атома углерода, присутствующего в каждом повторяющемся звене, вызывая окисление и, наконец, разрыв цепи. Полиэтилен также подвержен разрушению под действием УФ-излучения, особенно те варианты, которые представляют собой разветвленные полимеры, такие как LDPE . Точки разветвления представляют собой третичные атомы углерода , поэтому там начинается разложение полимера, что приводит к разрыву цепи и охрупчиванию. В примере, показанном слева,карбонильные группы легко обнаруживались методом ИК-спектроскопии от литой тонкой пленки. Изделие представляло собой дорожный конус , который треснул во время эксплуатации, и многие подобные конусы также вышли из строя из-за того, что не использовалась анти-УФ добавка.
См. Также [ править ]
- Прикладная спектроскопия
- Катастрофический провал
- Косвенные улики
- Растрескивание под воздействием окружающей среды
- Судебная химия
- Судебная электротехника
- Судебно-медицинские доказательства
- Судебная фотография
- Криминалистическая инженерия
- Криминалистическая материаловедение
- Криминалистика
- Фрактография
- Растрескивание озона
- Деградация полимера
- Знак заноса
- Коррозионное растрескивание под напряжением
- Следы доказательств
- УФ-деградация
Ссылки [ править ]
- Питер Р. Льюис и Сара Хейнсворт, Отказ топливопровода из-за коррозионного растрескивания под напряжением , Engineering Failure Analysis, 13 (2006) 946-962.
- Льюис, Питер Рис, Рейнольдс, К., Гагг, К., Судебная инженерия материалов: тематические исследования , CRC Press (2004).
- Райт, округ Колумбия, Растрескивание пластмасс под воздействием окружающей среды RAPRA (2001).
- Эзрин, Мейер, Руководство по отказам пластмасс: причина и профилактика , Hanser-SPE (1996).
- Льюис, Питер Рис, судебно-медицинская экспертиза полимеров: Почему полимерные продукты не работают , 2-е издание, Elsevier-Woodhead (2016).
