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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。
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