對(duì)給定的材料,在原料組分中添加剛性填料或增強(qiáng)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(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō),關(guān)鍵還是要取得實(shí)用的蠕變數(shù)據(jù)。由于通常試驗(yàn)很難和實(shí)際情況吻合,因此最好比照實(shí)際條件進(jìn)行蠕變實(shí)驗(yàn),得到使用條件下的蠕變參數(shù),如果無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)期試驗(yàn),則用塑料的蠕變速率和初期模量值進(jìn)行工程計(jì)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(zhǎng)期蠕變情況下時(shí),我們也不應(yīng)忽略溫度變化對(duì)蠕變的影響,這一點(diǎn)也應(yīng)有充分的預(yù)計(jì)。
蠕變過(guò)程可在數(shù)小時(shí)至上萬(wàn)小時(shí),時(shí)間長(zhǎng)短取決于工作載荷大小和工作環(huán)境。對(duì)設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)塑料部件時(shí),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(gè)破壞過(guò)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(shí)間關(guān)系的曲線稱為蠕變曲線。
如果確定一個(gè)時(shí)間,作出各種塑料材料的等時(shí)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(yùn)動(dòng)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(shí)間-形變曲線組成。在同一溫度下,載荷對(duì)蠕變行為影響很大,高應(yīng)力下蠕變時(shí)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(shí)間長(zhǎng)。載荷減小到一定程度后,則蠕變速率接近于零,如變量長(zhǎng)期維持在一恒定值,也即材料不會(huì)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(jì)中,壽命設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要內(nèi)容,因?yàn)樗芰系膹?qiáng)度和剛度都與時(shí)間有關(guān)。為了得到設(shè)計(jì)上用的斷裂強(qiáng)度和模量,可以依據(jù)供應(yīng)商的應(yīng)力-時(shí)間蠕變曲線和模量-時(shí)間蠕變曲線進(jìn)行工程計(jì)算。采用單對(duì)數(shù)坐標(biāo)或雙對(duì)數(shù)坐標(biāo),可以將曲線變?yōu)橹本€。這樣,當(dāng)使用壽命很長(zhǎng)時(shí),由于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)大多不足,可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行外推。
在工程上,有時(shí)適當(dāng)?shù)娜渥儜?yīng)變量是許可的,只要對(duì)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(huì)發(fā)生破壞,或者不會(huì)因持續(xù)的蠕變而影響使用。
注塑加工制件蠕變是一個(gè)緩慢而長(zhǎng)期的形變發(fā)展過(guò)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(guò)程通常最長(zhǎng)不超過(guò)數(shù)小時(shí)。隨之而來(lái)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(guò)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(shuō),100h的蠕變不應(yīng)外推超過(guò)1000h,1000h蠕變外推不應(yīng)超過(guò)10000h。這樣,使用所求出的使用壽命點(diǎn)上的蠕變強(qiáng)度和蠕變模量,即可由相應(yīng)公式求出制品在已知負(fù)荷及使用壽命情況下應(yīng)有的尺寸。根據(jù)等時(shí)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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