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塑料的疲劳性能

用缺口试样判别纤维增强或加有无机填料的塑料的耐冲击性能,其结果表现出较大的偏差,如玻璃纤维增强尼龙在lzod缺口冲击试验中表现出高于纯尼龙的冲击强度值,但实际情况不是这样的。用lzod冲击试验方法评价注塑加工材料韧性的不真实性。类似的情况,即由实验方法本身的局限性,影响了判断材料韧性的准确性,在其他各类冲击试验方法法中也有不同程度的存在。
 
一般由手册提供的材料韧性数据不能用于制品的直接设计。制品的设计和材料的选择往往还需要对制品相同或相似的模型进行类似于实际使用条件的测试条件测试,才能最后确定。尽管常用的实验方法导出的数据不能准确表征材料的实际韧性,而且不同试验方法导出的结果并不能进行比较,但是了解一些材料在冲击载荷下可能的破坏行为,对于选材尚不失为有重要参考价值。
 
制品受到周期性反复作用的应力,包括拉伸、弯曲、压缩或扭曲等不同类型的应力,而发生交替形变的现象,成为疲劳。疲劳的直接结果是造成材料力学性能持续的衰减,甚至导致材料弯曲破坏。由于材料的内部或表层一般都会某些微观的缺陷,这些缺陷可引起局部的应力集中,在周期应力的持续作用下,缺陷处会首先产生微观裂纹,并逐步扩展,最后发生断裂。
 
由于塑料材料特有的粘弹特性,在外力的作用下,形变的速度可能跟不上应力变化的速度,以至于没次的循环总有一部分机械能作为热量消耗掉,这种现象成为滞后生热,由于塑料导热性差,不能及时转移的热量会不断累积,使得局部温度不断升高,力学性能降低,最终导致热破坏。
 
影响塑料疲劳行为的因素是多方面的,包括材料本身的特性,如强度、导热性、缺口敏感性,制品的几何形状、尺寸大小、厚度及表面质量,作用于制品的应力类型、应力大小、作用的频率以及外界环境、尺寸大小、厚度及表面质量。作用于制品的应力类型、应力大小、作用的频率以及外界环境,如温度、湿度、环境接枝的参与等。
 
不同的材料导致疲劳破坏的原因各有偏重。一些硬质脆性塑料,如硬质PVC、PPO、PSF和一些热固性塑料,其疲劳破坏主要由开裂造成,而一些韧性塑料,如氟塑料、PP、PE、PA等可由热破坏造成,还有一些塑料品种,如PMMAD、POM、PET、PC等两方面因素都存在。不过,对大多数塑料来说,受热是疲劳破坏的重要因素。
 
在工程设计中,对所选择的注塑加工材料最关心的是,在交变应力作用下材料的使用寿命,或者确定使用寿命下的设计应力。一般可通过材料的疲劳寿命曲线对有关参数进行粗略的估算。所谓S-N曲线是描述破坏应力N与破坏时的循环次数S关系的曲线,他是通过测试许多试样,且每一个试样都在不同应力水平的循环应力下进行疲劳测试,将各应力下破坏的循环次数。
 
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