塑料件的失效分析

塑料件的性能与所用材料的性能常有较大差别。这是因为：测试试样的材料和测试环境条件并不能完全代表日后的实际材料和使用环境；塑料件的加工使材料经历了一次性能损失；由于塑料件对负载响应的特殊性，其对温度、时间、形状和尺寸很敏感，条件稍有变化就会引起性能的差异。所以，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，以保证塑件在使用期内其功能和性能满足使用要求。由于塑料制品的多样性及工作条件，环境的复杂多变，塑料制品的失效形式很多。在实际应用中，要分析起决定作用的一个或几个主要失效形式，进行理论分析计算和实验预测，以保证制品在使用中性能稳定可靠。常见失效形式见下表

常见失效形式

序号

常见失效形式

说        明

1

屈服失效

屈服点是塑性变形的起点。塑料件破坏的先兆是剪切屈服和银纹屈服。当塑料件短时间受到静态负载作用时，一般是取一定的安全系数，以屈服点以下的许用应变或许用应力，作为塑件危险截面的极限应变或极限应力

2

蠕变失效

和松弛失效

塑件若长期受到负载的作用，会产生较大的蠕变形变，而最终会导致蠕变断裂。蠕变塑料件材料的弹性模量称蠕变模量或表观模量，它会随着时间的延长而下降。对于压力装配的连接件和有预应力的密封件，产生应力松弛会使连接松动、密封失效

3

冲击失效

当塑件受到冲击时，形变和断裂是常见的失效形式。虽然冲击负载的作用时间极短，但塑件的变形速率却很高。材料、取向、缺口、温度、冲击速度等因素都直接影响着塑料件的冲击性能。在实际测试中，塑件的破坏性冲击性能测试是常用的

4

力学致热

塑件在振动负载的作用下，塑料响应的滞后会使一部分能量转化为热能，一旦塑料件工作系统的热平衡被破坏，塑件就会因热软化而失效

5

疲劳失效

若塑件长时间受到交变应力的作用，由疲劳而生成的裂纹会迅速扩展，最终导致塑料件断裂。使塑料件疲劳破坏的交变载荷的作用频率在10Hz以下，过高的频率会产生力学致热的失效

6

摩擦与磨损

摩擦使运动塑料件的工作能量损失，还导致塑件表面材料的损失和损伤。摩擦会造成塑性变形、热软化和热熔化、裂纹和撕裂；由摩擦造成的磨损会使塑料件过早失去表面接触运动的功能

7

环境失效

气体和液体对塑件的渗透、抗散和溶解，会使整体力学性能变得恶劣，并随时会引发塑件产生环境应力裂缝

8

成型加工

形成的损伤

熔合缝是模塑成型塑件的重要缺陷，造成了塑件与原材料力学性能的差距。模塑成型制品分子的取向、残余应力和收缩，都会影响塑件的内部和表面质量、形状和尺寸精度