塑料的磨損類別與機理(3)

　　疲勞磨損

　　一般說，疲勞磨損是指摩擦時表面受到周期性的交變載菏，表面上部分微凸體相互作用，使接觸區域產生很大的變形和應力，在表層和亞表層形成裂紋而導致材料損失或破壞的現象。通常認為在滾動摩擦或滾滑復合的摩擦中，才會產生這類磨損，而且要較長時間才顯現出來，但是，分析證明，滑動摩擦中同樣會產生疲勞磨損。

　　塑料受到交變載荷作用時，外力所作的功包括兩部分：—部分是應力作用，將造成塑料內部結構的某種變化，例如分子鏈的滑動、斷裂、重排與定向等；另一部分則是塑料發生內摩擦所消耗的能量，這種內摩擦使得塑料內部溫度局部升高，顯著地促使前一部分中所發生的過程加速進行。這些大分子激烈活動地域內的應力集中處更為突出。在交變載荷持續作用下，塑料內部不斷產生微裂縫并繼續擴展，使這些區域的強度不斷下降以致斷裂。

　　塑料的特點之一是疲勞極限不明顯，而且各種塑料的疲勞極限值往往十分懸殊。如果嚴格考查，多數塑料并沒有明確的疲勞極限值，甚至受力一直到10⁸周次時，應力還未真正穩定下來。但是，工程上一般近似地把塑料在10⁷周次時的應力值，作為它的疲勞極限。聚碳酸酯、聚砜等熱塑性塑料的疲勞極限，只有靜態拉伸強度的10%～20%；而聚甲醛竟高達50%，但象這樣的塑料不多；大多數在20%～30%之間。

　　在滾動接觸的條件下，極大的應力常常集中在表層。在長期反復受載情況下，表層產生裂紋，當裂紋擴大時，將使表面大片地剝落。

　　當塑料中有增強物或夾雜物時，這些物質與塑料交接的界面上，很容易產生疲勞裂紋。

　　熱固性塑料的疲勞性能，隨聚合物的類型與增強劑的不同而不同。這是因為樹脂與增強劑之間的粘接強度，對表面疲勞性能有主要影響。熱固性塑料的導熱性低，容易在應力點上形成熱積累，形成熱點。正常疲勞是由于樹脂和增強劑之間的粘結點受到破壞而引起的。隨著進一步破壞，樹脂將成為粉末。熱固性塑料是表層下應力集中處首先產生疲勞裂紋。

　　對熱塑性塑料的疲勞磨損研究還比較少。

　　我們應該注意到，大多數高分子材料的疲勞極限，僅僅是其靜態抗拉強度的20%～40%。

　　影響塑料疲勞磨摜的因素有：

　　1)微觀裂紋：前面講的是由于周期性的交變應力作用在表層產生裂紋，裂紋擴展導致材料脫落。實際上，塑料本身通常總有缺陷，表層更是如此。如果應力超過某一個臨界值，這些缺陷就發展成為亞微觀裂紋。在每一個周期的高峰負荷中，也會有少量裂紋生成。當一個或多數裂紋遂漸擴大，超出了微觀范圍，就會迅速擴大，引起破壞。這樣的由裂紋發展成撕裂的過程，一般發生在堅硬的髙分子材料或橡膠表層。有些材料固有的耐撕裂能力較大，裂紋就很難擴大。

　　2)溫度：決定高分子耐疲勞磨損能力的另一個重要因素，是與這些材料的力學性能衰減以及由于衰減而產生的熱量。

　　高分于材料的強度一般都因溫度上升而下降，同時，撕裂也變得容易發展。所以當溫度升高時，疲勞壽命也縮短了。在低于玻璃化溫度Tg時，只要溫度略為升高，情況就會惡化。如果破壞不是由于裂紋發展引起的，那么破壞就是由于材料太軟，以致剛性過低的結果。

　　由衰減產生的能量逸散速度低于臨界速度時，溫度場處于平衡狀態，即發熱速度與由熱輻射以及熱傳導散失熱的速度相等，就不產生疲勞或疲勞不明顯。但當高于臨界速度時，將出現熱積累，溫度上升，直至破壞。

　　3)分子量：分子量增加到某一臨界分子量前，疲勞壽命隨著分子量增加而增加。

　　4)外力：外力方向平行于大分子取向，可以減少裂紋的產生，也可以增加疲勞壽命。

　　5)表層狀況：因為疲勞破壞大部分是由于裂紋引起的，表層上的缺口、劃痕等，可以顯著地促使疲勞破壞的發生。這在設計摩擦表面形狀與結構型式方面很重要。

　　更多關于塑料的磨損類別與機理問題，請致電奧賽羅公司0311-87316999，傳真：0311-67790949，奧賽羅公司誠招代理商加盟合作。