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| 塑料制品失效分析 | |
| 广州晶昌工程材料制品有限公司 | |
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由于构成的分子和结构不同，塑料与金属材料性能差异很大。金属零件的设计较为容易，因为金属材料与其制造的性能相差很少。金属零件的功能和性能可较准确地计算和预测。塑料制品的设计和试验必须考虑三个主要特点。
1.负载
作用于塑料件的负载有拉伸、压缩、弯曲、剪切和扭转五种基本类型和它们的组合。金属件的力学计算以强度为主。在精密机械设计时才较多考虑刚度问题。塑料件的力学分析计算与刚度计算为主。普通塑料的弹性模量是钢材的1/100-1/50。塑料结构件在负载下容易产生塑性变形；在大多数场合因变形过大而丧失工作能力。另外，塑料的各种加工方法都要求塑料件壁厚不能过厚。塑料制品设计者追求薄壁组合的形体，以结构设计来提高塑料的刚性。
塑料的负载校核计算有短期和长期的区分。塑料件在恒定负载下蠕变和恒定变形下的应力松弛，在5年、10年或15年的使用期限下是很明显的。塑料件在周期性交变载荷下，不但有疲劳破坏、冲击疲劳破坏，还有应变滞后热的生成。塑料件对负载施加的速率很敏感，有特殊的抗冲击性能。
2.温度
比起金属件，塑料制品是对环境温度很敏感的材料。塑料的热变形温度和低温脆化温度限制了塑料件的温度。各种塑料件的工作温度范围较小。塑料件的屈服应力和弹性模量等力学性能随温度升高而下降。塑料件的电绝缘性能和耐化学腐蚀性能等也会随温度提高而丧失。
3.时间
在长期的应力与应变作用下，塑料响应有蠕变和松弛行为。塑料的力学性能是时间的函数。塑料材料的弹性模量随时间增长而降低，黏弹性在塑料制品的设计和应用中必须考虑。另外，塑料件在长期使用中，会逐渐衰老而失效。热、光、氧、化学介质、气体和液体会使塑料制品塑化、降解、脆化、渗透、溶胀、变色、脱黏和开裂。有随时间增长而缓慢恶化的过程。
对于不同用途的塑料制品，各有其行业的实用性试验标准和指标。实用性试验（Performance test）与塑料材料试验有相同的原理，但注重考察塑料件结构对变形和破裂的阻抗能力；考察塑料件在工作环境下长时期的功能和性能变化。例如塑料管的环境应力裂缝试验，要从挤出的塑料管中截取试样，并采用模拟环境的“加速试验”方法。
塑料制品的性能与其制造材料的性能有很大差距。这是由于材料性能测试试样和环境条件的局限性；是由于塑料件对负载响应的特殊性，对温度、时间、形状和尺寸的敏感性；又由于塑料件的加工经历，使材料损失了一些性能。因此在塑料件的设计过程中，必须进行失效分析来预测失效形式和寿命，以保证使用期内功能和性能满足要求。塑料制品的多样性、工作条件和环境的复杂多变，以致塑料件的失效形式众多，需要正确起决定作用的一个或几个主要失效形式，进行理论计算和实验预测。
5/26/2011 | |
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