塑料的磨損類別與機理(7.4)

　　塑料蠕變磨損機理

　　一般說，塑料的破壞與斷裂包括兩個過程：產生裂縫（或缺陷）和裂紋擴展。

　　塑料蠕變與所加載荷大小直接相關。當材料剛受到外力作用時，是材料的普通彈性表現；然后，緊接著是速率很快，但又遂漸降低，以至恒定地隨時間推移不斷變形的過程，即蠕變過程。

　　很巧，上邊描述的蠕變的三個階段，與一般磨損過程的三個階段在規律上、內容上與延續時間上都十分相似。

　　在以上討論塑料的磨損試驗與計算時，講的都是宏觀方面的狀況，我們只接觸到尺寸與形貌上的變化，如果深入到微觀與亞微觀方面，情況就不同了。先來看摩擦副接觸面塑料表層上微凸體的情況。它們同樣在摩擦進行過程中發生蠕變，而且還會由于蠕變引起材料的破壞與損失。這是我們提出蠕變磨損的重要根據。

　　先以一個塑料微凸峰在與金屬微凸峰靜接觸時單純受力為例(如靜止時的滑動導軌）。這個塑料微凸體受到正對它的金屑微凸峰的壓迫，由于強度與剛度都相差懸殊，塑料凸峰的外貌順應金屬凸峰的形貌而變化，當然也是尺寸的改變。整個表層上與金屬凸峰接觸的塑料凸峰都如此。一旦相對運動開始，金屬凸峰移去，塑料凸峰在初期瞬時部分地恢復原狀態、向原尺寸方向回彈后，極其緩慢地回復。除去塑性變形外，形貌和尺寸要回復又還沒有回復的部分，就是蠕變造成的。這個變化的大小，取決于測量時間與金屬凸峰移去的瞬間的間隔。如果這種情況發生在結構上，這個變化就是蠕變。而這是摩擦副，這個變化就屬于磨損的范疇，是蠕變磨損的組成部分。復雜的是，一個微凸峰在摩擦過程中, 要反反復復地受到對摩面無數微凸峰交變地作用。

　　在動態下，摩擦表面上的微凸峰受到各種各樣力與力矩的綜合作用、接觸處產生高溫，產生熱效應，促使大分子活化并發生熱運動，加速蠕變的發展。

　　塑料除了存在宏觀上的不均勻性（表面與內部存在缺陷）以外，還存在微觀不均勻性（大分子鏈的形狀和大小），而且還有因為內應力分布不均勻而造成的應力集中區域。它們都以微觀裂縫（或缺陷）形式表現出來，成為材料受到外力作用時最初的裂紋與斷裂的發源地。應力集中具體表現為裂紋、缺口、雜質和空穴等，在晶區與非晶區都可以產生。微觀不均勻性主要起因于在組成大分子的原子間，存在兩類不同的相互作用力：沿分子鏈的強的主價力與發生在大分子間弱的次價力（范德華力）。破壞主價力要很大的應力值；但只需要極小的應力值，就可以局部地破壞次價力，使得相鄰分子鏈按分段剝離的機理，使分子流散而斷裂。

　　另一方面，外力的反復作用與溫升，促使大分子熱運動，大分子鏈滑移成為可能。這常常伴隨著孔穴現象和孔穴的合并，引起非均勻響應，也就是通常所說的裂紋。最初的鏈滑移可以在相當低的應力下發生。但這種滑移發生后，使得應力可能集中在少數主價鍵上，到達一定程度以后，足以引起斷鍵而形成裂縫。在發生更多的屈服和斷鍵時，可能使裂縫展開，以致遂漸發生斷裂。反反復復地蠕變，會使這一過程惡化、加速。

　　這樣，由于摩擦，在塑料表層不斷發生這樣的過程；微凸體與整體變形與反彈、延遲反彈—大分子活化—大分子滑移—（或剪切屈服）—空穴與空穴合并—應力集中—主價鍵斷裂—裂紋—斷裂—材料損失。

　　所以，在一般結構件上發生的塑料蠕變現象，在摩擦工況下轉變為磨損，不單純是形貌與尺寸的變化，還伴隨有材料的破壞與損失。

　　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。