由于產(chǎn)品責(zé)任投訴濕度、環(huán)境問題、成為合格供應(yīng)商的認(rèn)證，和質(zhì)量本錢意識(shí)等愈發(fā)重要，確保塑料產(chǎn)品可靠性的設(shè)計(jì)就相當(dāng)重要。

但是，雖然制造和設(shè)計(jì)技術(shù)獲得了進(jìn)步，但事實(shí)上大約70%的塑料在其設(shè)計(jì)壽命前就已失效，致使訴訟、昂貴的召回、擔(dān)保投訴、再次加工，和在始終充滿競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)中喪失品牌信任度。

那末問題出在哪里呢?從Smithers Rapra公司廣泛研究的5000件塑料產(chǎn)品失效來看，我們得出的結(jié)論是，問題常常出現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段。

Smithers Rapra公司根據(jù)材料/現(xiàn)象因素釀成的初始失效，將塑料產(chǎn)品失效歸類為1份綜合目錄，如圖1所示：

圖1：失效的材料緣由或現(xiàn)象緣由。

由于人為失誤造成塑料產(chǎn)品失效的詳細(xì)分析見圖2，其中45%是由于材料的選擇不當(dāng)和不良規(guī)格而引發(fā)的。

圖2：塑料產(chǎn)品失效的人為因素。

所整理的數(shù)據(jù)清楚表明，材料選擇不當(dāng)釀成的產(chǎn)品失效常常是塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)師或工程師犯的1種毛病。另外我們的經(jīng)驗(yàn)也表明，這看來是由于缺少對(duì)材料屬性的認(rèn)識(shí)和了解引發(fā)的。這也是不足為奇，而在測(cè)試進(jìn)程中力值通常由計(jì)算機(jī)停止閉環(huán)控制由于塑料有90多個(gè)通用類，其可細(xì)分為大約1000個(gè)亞類，終究大量材料供應(yīng)商可提供大約80000多個(gè)商業(yè)等級(jí)。結(jié)果就是數(shù)不清的商標(biāo)、通用類專門用語，和過量的通常不*和不1致的不夠標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)，有時(shí)會(huì)把塑料專家弄得蒙頭轉(zhuǎn)向而且灰心喪氣。挑選這類海量數(shù)據(jù)并作出比較判斷，對(duì)毫無經(jīng)驗(yàn)的人來講仿佛是1項(xiàng)不可能的任務(wù)。材料供應(yīng)商競(jìng)爭(zhēng)性的積極營銷使這類情況更加復(fù)雜，有時(shí)難以判斷材料的限制和缺點(diǎn)。

材料的選擇

從材料選擇開始，就應(yīng)斟酌聚合物的結(jié)構(gòu)和屬性的基本情況。

聚合物細(xì)分為3大類----熱固性塑料、熱塑性塑料和彈性體(橡膠)。針對(duì)塑料設(shè)計(jì)而言，兩個(gè)基本選擇就是熱固性塑料和熱塑性塑料。

熱塑性塑料有兩個(gè)基本類型----無定形塑料和半晶質(zhì)塑料。

無定形塑料用于需要透明、美觀外表、高光澤、高尺寸精度和穩(wěn)定性的利用場(chǎng)合。它們不應(yīng)被用于觸及熱或機(jī)械應(yīng)力周期變化、高機(jī)械損傷或接觸各種化學(xué)環(huán)境的利用場(chǎng)合。

而半晶質(zhì)塑料，顧名思義，具有有序的微晶結(jié)構(gòu)，因此比無定形塑料能更好的抗疲勞。這些塑料用于需要化學(xué)接觸、機(jī)械損傷和耐重復(fù)周期載荷的場(chǎng)合。

當(dāng)斟酌塑料組件的設(shè)計(jì)和開發(fā)時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須了解：

塑料是粘彈性的塑料

塑料的屬性同時(shí)間和溫度有關(guān)

塑料的物理和化學(xué)老化

易于風(fēng)化

易于遭到化學(xué)腐蝕、應(yīng)力腐蝕破裂(SSC)和環(huán)境應(yīng)力裂紋(ESC)

塑料在拉伸利用的作用下，終究會(huì)失效

隨著應(yīng)力增加、溫度增加，在特定環(huán)境中，在周期負(fù)荷的作用下，塑料失效時(shí)間將會(huì)減少

壓模進(jìn)程會(huì)產(chǎn)生顯著的模塑(殘余)應(yīng)力

塑料材料是缺口敏感的

加入任何的填充劑，始終會(huì)對(duì)塑料產(chǎn)生某種的有害影響

強(qiáng)化塑料材料呈各向異性

時(shí)間、溫度和應(yīng)力/拉力

粘塑性材料對(duì)應(yīng)力的反應(yīng)就像是彈性固體和粘性流體的組合。結(jié)果，它們表現(xiàn)出非線性應(yīng)力---拉力的關(guān)系，它們的屬性與所承受負(fù)荷的時(shí)間、溫度、環(huán)境和所施加的應(yīng)力或拉力有關(guān)。在作為兒童玩具銷售的1類硅酮聚合物橡皮泥中可以視察到粘彈性現(xiàn)象。如果迅速拉斷這類材料，它就會(huì)脆斷。但是，如果以延展方式漸漸地拉開該材料，它就幾近可以無窮舒展。下降橡皮泥的溫度，可下降拉伸率，令其變脆。

所有塑料表現(xiàn)出蠕變，因此如果沒有用到強(qiáng)度和剛度數(shù)值等長(zhǎng)時(shí)間特性，則要進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和FEA分析，以證明設(shè)計(jì)是不是有缺點(diǎn)。這些應(yīng)在最壞情況的工作條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)予以肯定，包括工作溫度、應(yīng)力水平和環(huán)境影響。不幸的是，許多設(shè)計(jì)人員常常想固然地認(rèn)為“它只是塑料”，絕不遲疑地使用塑料制造商數(shù)據(jù)表上的短時(shí)間測(cè)試數(shù)據(jù)。結(jié)果就是由于粘彈性引發(fā)失效機(jī)理，許多產(chǎn)品失效了。

設(shè)計(jì)人員和工程師必須認(rèn)識(shí)到，數(shù)據(jù)表信息是從短時(shí)間測(cè)試推導(dǎo)出來的，其并未斟酌時(shí)間、溫度和環(huán)境。試樣也是簡(jiǎn)單形狀，是在理想條件下成型的。這很少適用于成型產(chǎn)品。根據(jù)短時(shí)間數(shù)據(jù)，塑料仿佛能夠承受200%或更大的拉力。但是對(duì)長(zhǎng)時(shí)間性能，設(shè)計(jì)應(yīng)力的窗口大幅縮小。建議的設(shè)計(jì)張力以下：

靜態(tài)應(yīng)力條件

n無定形塑料≤0.5%張力

n半晶質(zhì)塑料≤0.8%張力

周期應(yīng)力條件

無定形塑料≤0.3%張力

半晶質(zhì)塑料≤0.5%張力

為了不失效，設(shè)計(jì)人員和工程師有必要了解以下幾點(diǎn)：

塑料受力會(huì)變形

當(dāng)承受靜態(tài)低應(yīng)力/張力時(shí)，有時(shí)某些部位會(huì)產(chǎn)生延展性---脆性轉(zhuǎn)變，造成脆性斷裂

周期應(yīng)力會(huì)造成延展性/脆性轉(zhuǎn)變，在低應(yīng)力下造成脆性斷裂

在應(yīng)力和張力同時(shí)作用下，和與特定化學(xué)環(huán)境(液體或水汽)接觸時(shí)，塑料的裂紋和變脆會(huì)提早產(chǎn)生。設(shè)計(jì)失效還可歸因于本錢壓力釀成的安全系數(shù)下降，而且將塑料用在令其到達(dá)設(shè)計(jì)極限的刻薄場(chǎng)合，有時(shí)就超過了極限。

環(huán)境應(yīng)力裂紋（ESC）

環(huán)境應(yīng)力裂紋(ESC)。ESC是在應(yīng)力和拉力和環(huán)境1般絲杠的同時(shí)作用下，聚合物提早產(chǎn)生的失效和明顯脆化。ESC不同于耐化學(xué)性，由于耐化學(xué)性測(cè)試使用的樣本在化學(xué)品中浸泡了1段時(shí)間，在暴露前落后行屬性測(cè)試(通常這些是拉伸性能和沖擊性能)。

但是，樣品任何部位都不承受應(yīng)力，除非清洗后準(zhǔn)備用于測(cè)試。對(duì)ESC,同時(shí)承受應(yīng)力和化學(xué)環(huán)境會(huì)構(gòu)成巨大影響，主要是材料的災(zāi)害性脆性破裂。

無定形塑料1般比半晶質(zhì)材料更容易于遭到ESC的影響。

斟酌利用環(huán)境和可能的協(xié)同效應(yīng)

多數(shù)的塑料產(chǎn)品失效是由于蠕變、疲勞、溫度、化學(xué)品、紫外線和其他環(huán)境因素的協(xié)同效應(yīng)所釀成的積累影響而引發(fā)的。

加工影響

我們Smithers Rapra公司發(fā)現(xiàn)，即便利用良好的材料選擇進(jìn)行的塑料設(shè)計(jì)也會(huì)失效。緣由就是由于公然忽視既定加工程序和材料制造商提供的指點(diǎn)而釀成的加工不當(dāng)。推動(dòng)力1般是經(jīng)濟(jì)推動(dòng)因素，以實(shí)現(xiàn)較短周期和更高的產(chǎn)量。

所有塑料都有局限性

塑料用處極其廣泛，但有其局限性。對(duì)設(shè)計(jì)人員和工程師而言，必須了解其基本屬性、局限性和失效模式，下降產(chǎn)品失效的可能性。有時(shí)，良好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、正確的材料選擇和失效之間有明顯區(qū)分，如果不使用專門知識(shí)就易于混淆。必須注意影響塑料屬性的眾多變量，看起來很小的差別就會(huì)對(duì)塑料和產(chǎn)品性能造成巨大影響。