ingeniería forense de polímeros

Los polímeros, por ejemplo, pueden ser atacados por sustancias químicas agresivas y, si se someten a carga, se producen grietas por corrosión bajo tensión . Quizás el ejemplo más antiguo conocido sea el agrietamiento por ozono de los cauchos , donde trazas de ozono en la atmósfera atacan los enlaces dobles en las cadenas de los materiales. Los elastómeros con enlaces dobles en sus cadenas incluyen el caucho natural , el caucho de nitrilo y el caucho de estireno-butadieno . Todos ellos son altamente susceptibles al ataque del ozono y pueden causar problemas como incendios en vehículos (por conductos de combustible de caucho) y reventones de neumáticos . Actualmente, se añaden ampliamente agentes antiozonizantes a estos polímeros, por lo que la incidencia de agrietamiento ha disminuido. Sin embargo, no todos los productos de caucho críticos para la seguridad están protegidos y, dado que solo ppb de ozono inician el ataque, aún se producen fallos.

Otro gas altamente reactivo es el cloro , que ataca polímeros susceptibles como la resina de acetal y las tuberías de polibutileno . Se han dado numerosos casos de fallas en tuberías y accesorios de acetal en propiedades de EE. UU. como resultado del agrietamiento inducido por el cloro. Básicamente, el gas ataca las partes sensibles de las moléculas de la cadena (especialmente los átomos de carbono secundarios, terciarios o alílicos ), oxidando las cadenas y, en última instancia, provocando su ruptura. La causa principal son los rastros de cloro en el suministro de agua, añadido por su acción antibacteriana, y el ataque se produce incluso a concentraciones de partes por millón del gas disuelto. El cloro ataca las partes débiles de un producto y, en el caso de una unión de resina de acetal en un sistema de suministro de agua, son las raíces de la rosca las que se ven afectadas primero, lo que provoca el crecimiento de una grieta frágil. La decoloración en la superficie de la fractura fue causada por la deposición de carbonatos del agua dura , por lo que la junta había estado en un estado crítico durante muchos meses.

La mayoría de los polímeros de crecimiento por etapas pueden sufrir hidrólisis en presencia de agua, una reacción a menudo catalizada por ácidos o álcalis . El nailon , por ejemplo, se degrada y se agrieta rápidamente si se expone a ácidos fuertes, un fenómeno bien conocido por quienes derraman ácido accidentalmente sobre sus medias.

La rotura de la tubería de combustible provocó un grave accidente cuando el gasóleo se derramó de una furgoneta sobre la carretera. Un coche que circulaba detrás derrapó y la conductora resultó gravemente herida al colisionar con un camión que venía en sentido contrario. La microscopía electrónica de barrido (MEB) reveló que el conector de nailon se había fracturado por corrosión bajo tensión debido a una pequeña fuga de ácido de batería. El nailon es susceptible a la hidrólisis en contacto con ácido sulfúrico , y una pequeña fuga de ácido habría bastado para iniciar una fisura frágil en el conector moldeado por inyección mediante un mecanismo conocido como corrosión bajo tensión (CBT).

La grieta tardó unos 7 días en extenderse a lo largo del diámetro del tubo, por lo que el conductor de la furgoneta debería haber detectado la fuga mucho antes de que alcanzara un tamaño crítico. No la detectó, lo que provocó el accidente. La superficie de la fractura presentaba una apariencia principalmente frágil con estrías que indicaban el crecimiento progresivo de la grieta a lo largo del diámetro de la tubería. Una vez que la grieta penetró en el interior del tubo, el combustible comenzó a derramarse sobre la carretera. El diésel es especialmente peligroso en las carreteras porque forma una fina película aceitosa que los conductores no pueden ver fácilmente. Su lubricidad es similar a la del hielo negro , por lo que los derrapes son frecuentes cuando se producen fugas de diésel. La aseguradora del conductor de la furgoneta admitió su responsabilidad y el conductor lesionado fue indemnizado.

El policarbonato es susceptible a la hidrólisis alcalina, reacción que simplemente despolimeriza el material. Los poliésteres tienden a degradarse al ser tratados con ácidos fuertes, y en todos estos casos, se debe tener cuidado de secar las materias primas a altas temperaturas para su procesamiento y así evitar que se produzca este problema.

Muchos polímeros también son atacados por la radiación UV en puntos vulnerables de sus estructuras de cadena. Así, el polipropileno sufre un agrietamiento severo bajo la luz solar a menos que se le añadan antioxidantes . El punto de ataque se produce en el átomo de carbono terciario presente en cada unidad repetitiva, lo que provoca oxidación y, finalmente, la rotura de la cadena. El polietileno también es susceptible a la degradación por UV, especialmente aquellas variantes que son polímeros ramificados como el LDPE . Los puntos de ramificación son átomos de carbono terciarios , por lo que la degradación del polímero comienza allí y da como resultado la ruptura de la cadena y la fragilización. En el ejemplo que se muestra a la derecha, los grupos carbonilo se detectaron fácilmente mediante espectroscopia IR en una película delgada fundida. El producto era un cono de carretera que se había agrietado durante su uso, y muchos conos similares también fallaron porque no se había utilizado un aditivo anti-UV.