포렌식 폴리머 엔지니어링
Forensic polymer engineering |
| 시리즈의 일부 |
| 법의학 |
|---|
 |
법의학 고분자 공학은 고분자 제품의 실패에 대한 연구입니다.이 주제에는 플라스틱 제품의 파손 또는 이러한 제품이 사용 중 오류가 발생하거나 사양을 충족하지 못하는 기타 이유가 포함됩니다.이 주제는 범죄 또는 사고 현장의 중요한 증거에 초점을 맞추고, 사고가 발생한 이유를 설명할 수 있는 자료 또는 범죄자를 식별하기 위한 특정 자료의 출처를 찾는 데 초점을 맞춘다.조사에는 열경화성, 열가소성 플라스틱, 탄성체 또는 복합성분 등 해당 고분자의 특성에 따라 정확한 세트가 결정되므로 많은 분석 방법이 사용될 수 있습니다.
한 측면은 노출된 표면의 스키드 마크와 같은 추적 증거를 분석하는 것으로, 이질적인 재료 간의 접촉은 다른 재료의 흔적을 다른 면에 남긴다.흔적을 성공적으로 분석할 수 있다면 사건이나 범죄를 재구성할 수 있습니다.
분석 방법
열가소성 수지는 적외선 분광법, 자외선 가시 분광법, 핵자기 공명 분광법 및 환경 주사 전자 현미경을 사용하여 분석할 수 있다.고장난 샘플은 적절한 용매에 용해하여 직접 검사하거나(UV, IR 및 NMR 분광법), 용매로부터 박막을 주조하거나 고체 제품의 마이크로토미를 사용하여 절단할 수 있습니다.적외선 분광법은 특히 사출성형 불량으로 인한 폴리머 분해 등 폴리머의 산화를 평가하는 데 유용하다.스펙트럼은 폴리프로필렌의 산화에 의해 생성되는 카르보닐기의 특성을 나타내며, 이는 제품을 부서지기 쉽게 만든다.그것은 목발의 중요한 부분이었고, 그것이 실패했을 때, 사용자는 넘어져서 매우 심각하게 다쳤다.스펙트럼은 고장 난 전완 목발에서 채취한 플라스틱 샘플 용액에서 주조한 박막에서 구했다.
용매 흡수에 의한 합병증이 없고 시료의 건전성이 일부 유지되므로 미세절제술이 바람직하다.열경화성 물질, 복합 재료 및 엘라스토머는 용해되지 않는 특성 때문에 마이크로토미만을 사용하여 종종 검사될 수 있습니다.
골절
프랙토그래피를 사용하여 골절 제품을 검사할 수 있습니다.프랙토그래피는 매크로포토그래피와 광학현미경을 사용하여 모든 파손된 부품에 특히 유용한 방법입니다.폴리머는 일반적으로 금속, 세라믹 및 유리와는 상당히 다른 특성을 가지고 있지만 제품이 잘못 설계되거나 제조될 경우 기계적 과부하, 피로 및 응력 부식 균열에 의해 고장 나기 쉽습니다.
주사전자현미경법 또는 ESEM은 파단 표면을 검사하는 데 특히 유용하며 조사 대상 샘플의 보이는 부분에 대한 요소 분석을 제공할 수도 있습니다.그것은 효과적으로 미세 분석의 기술이며 미량 증거의 조사에 가치가 있다.한편, ESEM에는 색연출이 없고, 이들 요소가 서로 결합하는 방법에 대한 정보는 제공되지 않습니다.시료는 부분 진공에 노출되므로 휘발성 물질이 제거될 수 있으며 시료를 마운트에 부착하는 데 사용되는 물질에 의해 표면이 오염될 수 있습니다.
예
많은 폴리머가 환경 내의 특정 화학물질에 의해 공격을 받고 있으며, 도로 사고나 부상 등 심각한 문제가 발생할 수 있습니다.고분자 분해는 검체 취약성 및 낮은 부하에서 골절로 이어집니다.
오존 균열
예를 들어, 폴리머는 공격적인 화학물질의 공격을 받을 수 있으며, 하중을 받으면 응력 부식 균열의 메커니즘에 의해 균열이 커집니다.아마도 가장 오래된 예는 고무의 오존 균열로, 대기 중의 오존 흔적이 물질 사슬의 이중 결합을 공격한다.체인에 이중 결합이 있는 엘라스토머는 천연 고무, 니트릴 고무 및 스티렌 부타디엔 고무입니다.모두 오존 공격에 매우 취약하며 차량 화재(고무 연료 라인으로 인한) 및 타이어 펑크 등과 같은 문제를 일으킬 수 있습니다.최근에는 이러한 폴리머에 항오조넌트가 많이 첨가되어 균열 발생률이 낮아졌다.그러나 모든 안전 중요 고무 제품이 보호되는 것은 아니며, 오존의 ppb만 공격을 시작하므로 고장이 여전히 발생하고 있습니다.
염소유도균열
또 다른 고반응성 가스는 염소로 아세탈 수지 및 폴리부틸렌 파이프 구조 같은 민감한 폴리머를 공격합니다.미국에서는 염소로 인한 균열로 인해 이러한 파이프와 아세탈 피팅이 특성에 실패한 사례가 많이 있습니다.기본적으로 가스는 사슬 분자의 민감한 부분(특히 2차, 3차 또는 알릴 탄소 원자)을 공격하여 사슬을 산화시키고 궁극적으로 사슬의 분열을 일으킵니다.근본적인 원인은 항균작용을 위해 첨가된 급수 내 염소 미량이며, 용해된 가스의 100만분의 1 미량에서도 공격이 발생합니다.염소는 제품의 약한 부분을 공격하며, 급수계 아세탈수지 접합부의 경우 먼저 공격을 받은 것은 실뿌리로 부서지기 쉬운 균열을 일으킨다.골절면의 변색은 경수 공급의 탄산염 침적에 의한 것으로, 이음매는 수개월 전부터 위험한 상태에 있었습니다.
가수 분해
대부분의 단계적 성장 중합체는 물이 있을 때 가수분해를 겪을 수 있으며, 종종 산이나 알칼리에 의해 촉매작용을 일으킨다.예를 들어 나일론은 강한 산에 노출되면 분해되고 빠르게 균열되는데, 이는 실수로 타이츠에 산을 흘리는 사람들에게 잘 알려진 현상이다.
파손된 연료 파이프는 승합차에서 디젤 연료가 도로로 쏟아져 나오면서 큰 사고를 일으켰다.뒤따르던 차가 미끄러졌고 운전자는 마주 오던 트럭과 충돌해 크게 다쳤다.스캔 전자 현미경 검사(SEM) 결과 나일론 커넥터가 배터리 산의 작은 누출로 인한 응력 부식 균열로 인해 파손된 것으로 나타났습니다.나일론은 황산과 접촉하면 가수 분해되기 쉬우며, 약간의 산 누출만으로도 응력 부식 균열(SCC)이라고 알려진 메커니즘에 의해 사출 성형 커넥터의 부서지기 쉬운 균열을 시작하기에 충분합니다.
균열이 튜브 직경을 가로질러 커지는 데 약 7일이 걸렸기 때문에, 밴 운전자는 균열이 임계 크기로 커지기 전에 누출을 잘 봤어야 했다.그는 그러지 않았고, 따라서 그 사고로 이어졌다.파단 표면은 주로 부서지기 쉬운 표면을 나타내며, 파이프 직경을 가로질러 균열이 점진적으로 성장했음을 나타낸다.균열이 내부 보어를 관통하자 도로로 연료가 새기 시작했다.디젤은 운전자가 쉽게 볼 수 없는 얇은 유성 막을 형성하기 때문에 노면에서 특히 위험합니다.그것은 윤활성의 검은 얼음과 비슷하기 때문에, 디젤 누출이 발생할 때 미끄러지는 것이 일반적입니다.승합차 운전자의 보험사들은 책임을 인정했고 부상당한 운전자는 보상받았다.
폴리카보네이트는 알칼리 가수분해 반응을 일으키기 쉬운데, 이 반응은 단순히 물질을 탈중합시킨다.폴리에스테르는 강한 산성으로 처리하면 변질되기 쉬우며, 이러한 경우 문제가 발생하지 않도록 가공용 원료를 고온에서 건조시키는 데 주의를 기울여야 합니다.
자외선 열화
많은 폴리머들은 또한 사슬 구조의 취약한 부분에서 자외선의 공격을 받습니다.따라서 폴리프로필렌은 산화방지제를 첨가하지 않으면 햇빛에 심한 균열이 발생한다.공격 지점은 모든 반복 단위에 존재하는 3차 탄소 원자에 발생하며, 산화 및 최종적으로는 사슬 파손을 일으킵니다.폴리에틸렌은 특히 LDPE와 같은 분기 고분자 변종에서 UV 분해에 취약합니다.분기점은 3차 탄소 원자이기 때문에 폴리머 분해는 거기에서 시작되어 연쇄 분열과 메짐화를 일으킵니다.왼쪽 예에서는 주조 박막에서 IR 분광법으로 카르보닐기를 쉽게 검출할 수 있었다.이 제품은 작동 중에 균열이 발생한 로드 콘이었으며, 많은 유사한 콘 또한 UV 방지 첨가제를 사용하지 않았기 때문에 고장났습니다.
「 」를 참조해 주세요.
레퍼런스
- Peter R L Lewis와 Sarah Hainsworth, 응력 부식 균열로 인한 연료 라인 고장, 엔지니어링 고장 분석, 13 (2006) 946–962.
- 루이스, 피터 리스, 레이놀즈, K, Gagg, C, 포렌식 머티리얼 엔지니어링: 케이스 스터디, CRC 프레스(2004)
- Wright, D.C., 플라스틱 환경 스트레스 균열 RAPRA(2001).
- Ezrin, Meyer, 플라스틱 고장 가이드: 원인과 예방, Hanser-SPE(1996)
- Lewis, Peter Rhys, 법의학 폴리머 엔지니어링: 고분자 제품의 서비스 실패 이유, 제2판, Elsevier-Woodhead(2016).
