工程塑料的蠕变与疲劳特性分析

1.蠕变

蠕变是指材料长时间受恒定应力作用而应变随时间延长不断增大的现象。黏弹性的特点决定了塑料的蠕变性能不同于金属材料，金属材料通常在高温工作时发生蠕变，而塑料在常温时就会有蠕变。塑料的蠕变起因于晶粒及分子链等滑移所造成的松弛和黏性流动。工程塑料的蠕变性能与工程塑料的结构、载荷的大小、载荷作用的时间、环境温度及湿度有关。用工程塑料制造结构零部件时，必须考虑材料的蠕变，即在预定时间内构件尺寸允许的变化范围。蠕变值较小的工程塑料有聚碳酸酯、聚砜和聚苯醚等，蠕变值较大的工程塑料主要有氟塑料和聚酰胺。

2.疲劳

疲劳是材料在重复载荷的长时间作用下引起的力学性能下降或破坏的现象。疲劳性能通常用疲劳曲线表示，疲劳曲线以循环应力幅S为纵坐标，疲劳破坏循环次数N的对数为横坐标（S-N曲线），图1-2所示是典型的S-N曲线。由疲劳曲线能确定某一应力值的疲劳寿命，所加的应力越大，则材料的疲劳寿命越短，断裂前循环次数越少。疲劳极限是疲劳曲线水平部分对应的应力值，在疲劳曲线没有水平部分出现时，疲劳极限用某一循环次数时的应力表示。许多金属材料有明显的疲劳极限，而工程塑料的疲劳极限不明显，通常以循环次数的应力值作为疲劳极限。

图1-2 典型的S-N曲线

聚碳酸酯、聚砜的疲劳极限一般只有静拉伸强度的10％～20％；聚甲醛PET的疲劳极限较高，为静拉伸强度的50％。表1-15列出了一些工程塑料的疲劳极限，图1-3～图1-6所示是几种工程塑料的疲劳曲线。

表1-15 一些工程塑料的疲劳极限

(www.xing528.com)

图1-3 PA66的疲劳曲线（室温，0.3％吸水率）

图1-4 30％玻璃纤维增强PA6的疲劳曲线（室温）

图1-5 聚碳酸酯的疲劳曲线

图1-6 聚砜的疲劳曲线