對給定的材料,在原料組分中添加剛性填料或增強纖維或改變材料內(nèi)在的物理結(jié)構(gòu)使其具有剛性,都有助于降低材料的蠕變速率和提高材料的蠕變極限。然而,對產(chǎn)品設(shè)計師來說,關(guān)鍵還是要取得實用的蠕變數(shù)據(jù)。由于通常試驗很難和實際情況吻合,因此最好比照實際條件進行蠕變實驗,得到使用條件下的蠕變參數(shù),如果無法進行長期試驗,則用塑料的蠕變速率和初期模量值進行工程計算,以估若干年后
注塑加工件的蠕變情況和模量衰減率。在估算長期蠕變情況下時,我們也不應(yīng)忽略溫度變化對蠕變的影響,這一點也應(yīng)有充分的預(yù)計。
蠕變過程可在數(shù)小時至上萬小時,時間長短取決于工作載荷大小和工作環(huán)境。對設(shè)計師來說,設(shè)計塑料部件時,應(yīng)將其有效壽命控制在這一階段。蠕變發(fā)展到最后,是一個破壞過程,即材料發(fā)生蠕變斷裂或屈服。在恒定的溫度和載荷作用下,顯示變形與時間關(guān)系的曲線稱為蠕變曲線。
如果確定一個時間,作出各種塑料材料的等時應(yīng)力-應(yīng)變曲線,并匯集于同一坐標(biāo)系統(tǒng),就容易比較出各種材料的蠕變性質(zhì)。塑料類型不同,蠕變行為明顯不同。這種差異歸因于不同類型的聚合物,在外力作用下,鏈段大分子熱運動取向和重排表現(xiàn)出了不同的結(jié)果。通常,在應(yīng)力-應(yīng)變曲線上表現(xiàn)剛硬的塑料耐蠕變性好。
通常表征材料蠕變行為的蠕變曲線由一組不同載荷下的時間-形變曲線組成。在同一溫度下,載荷對蠕變行為影響很大,高應(yīng)力下蠕變時間短,材料較快由蠕變發(fā)展到斷裂應(yīng)變值。低應(yīng)力下蠕變時間長。載荷減小到一定程度后,則蠕變速率接近于零,如變量長期維持在一恒定值,也即材料不會出現(xiàn)蠕變破壞,這種不出現(xiàn)蠕變破壞的最大應(yīng)力成為蠕變極限。
在塑料零部件設(shè)計中,壽命設(shè)計是一項重要內(nèi)容,因為塑料的強度和剛度都與時間有關(guān)。為了得到設(shè)計上用的斷裂強度和模量,可以依據(jù)供應(yīng)商的應(yīng)力-時間蠕變曲線和模量-時間蠕變曲線進行工程計算。采用單對數(shù)坐標(biāo)或雙對數(shù)坐標(biāo),可以將曲線變?yōu)橹本€。這樣,當(dāng)使用壽命很長時,由于實測數(shù)據(jù)大多不足,可以將數(shù)據(jù)進行外推。
在工程上,有時適當(dāng)?shù)娜渥儜?yīng)變量是許可的,只要對特定的材料在特定的工作條件下的蠕變規(guī)律有所預(yù)期,即知道在所需的工作壽命期間不會發(fā)生破壞,或者不會因持續(xù)的蠕變而影響使用。
注塑加工制件蠕變是一個緩慢而長期的形變發(fā)展過程。蠕變的初始階段,速率較大,但又不穩(wěn)定的逐漸減少速率,這一過程通常最長不超過數(shù)小時。隨之而來的蠕變漸趨穩(wěn)定,蠕變速率幾乎保持在某一定值。
若外推過大則得到的數(shù)據(jù)可靠性降低,所以只限外推一位數(shù),也就是說,100h的蠕變不應(yīng)外推超過1000h,1000h蠕變外推不應(yīng)超過10000h。這樣,使用所求出的使用壽命點上的蠕變強度和蠕變模量,即可由相應(yīng)公式求出制品在已知負荷及使用壽命情況下應(yīng)有的尺寸。根據(jù)等時應(yīng)力-應(yīng)變曲線,我們可以求出在預(yù)期使用壽命之內(nèi),在確定的應(yīng)力作用下,材料的應(yīng)變值或者子啊允許形變值范圍內(nèi)最大的許用應(yīng)力。
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