塑料的疲劳问题：原因、表现及研究展望

1）塑料抗疲劳性较差，一般材料在远小于屈服强度或抗变形强度的循环应力长时间的作用下，其局部会产生应力聚积，发生结构松弛、应力集中而被破裂。通常，疲劳强度约为拉伸强度的20%～30%，为弯曲强度的10%～30%，所以作为设计数据，材料的疲劳数据比其静态力学数据更重要。

2）疲劳导致材料破坏的原因有两种：一是由于材料内部或表面的缺陷，如表面细裂纹、划痕、内应力、局部降解、组织不匀等，在持续反复循环应力作用下，局部产生应力集中会出现银纹或剪切带的预兆，随之发展成细小裂纹，并逐步扩展，最后导致断裂破坏；另一种原因是由于塑料是粘弹体，在持续交变应力作用下，形变速度可能跟不上应力变化速度，使机械能转变成热量导致局部热量聚积（称为滞后生热）、分子结构松弛、力学性能下降而被破坏。该现象被称为热破坏，是疲劳破坏中最常见的形式。

3）无论是塑性或脆性材料，疲劳破坏时宏观上均无明显的塑性变形痕迹，一般表现为低应力脆性突然断裂。

综上所述，疲劳破坏与短期静载破坏相比主要区别于，疲劳破坏应力低，形变破坏过程长，材料的抗疲劳性能对材料内部及表面状态的缺陷非常敏感，破坏时呈脆性断裂。

4）疲劳的分类及疲劳试验。通常所指的疲劳是指材料在空气中室温下承受各类应力的循环交变应力时产生的疲劳。但实际工作中，制品常处于不同载荷条件、环境温度和介质情况中，因而会产生不同类型的疲劳。常见疲劳形式见表6-1。(www.xing528.com)

表6-1 常见的疲劳形式

材料的抗疲劳性数据是工程塑料应用时需要的重要资料，但目前对它们的研究和试验远不及金属材料完整和深入。目前，塑料的疲劳性能数据较少，还有待于进一步深入研究。测试工程塑料疲劳性能的方法通常按加载方式（如拉伸、压缩等）、施加的应力大小和产生的应变大小、应力及应变随时间变化的曲线和频率等来划分。不同方法测定的指标值和曲线不同。目前我国尚未制订试验标准，主要采用美国ASTM D 671—1993《塑料弯曲疲劳性能测试方法》等标准。

各种疲劳形式有不同的测试方法及性能指标和计算方法，将于本节分别介绍。