玻纤增强尼龙66疲劳性能的研究

注塑

刘亚庆：玻纤增强尼龙６６疲劳性能的研究

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玻纤增强尼龙６６疲劳性能的研究

刘亚庆

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摘要采用液压疲劳试验机研究了尼龙分子量和结晶度的大小、加载频率、最大载荷、环境温度和内应力对玻纤增强尼龙６６疲劳寿命的影响。结果表明，随尼龙６６分子量和结晶度的增加，疲劳寿命增加；材料中玻纤分布均匀、取向明显，有利于提高疲劳寿命；随加载频率、内应力、最大载荷茂环境温度的提高．疲劳寿命显著降低。

关键词玻纤增强尼龙６６

疲劳

尼龙６６用玻纤增强后，其力学性能、热性能、尺寸稳定性显著提高，特％４是拉伸强度和弯曲强度会有成倍增长，因而在国民经济各部门得到广泛的应用，如制作各种泵的叶轮、输送机链条、自动打印机的凸轮、各种高负荷的机械零部件等。疲劳失效是上述各种机械零部件在使用过程中经常出现的现象。笔者通过试验研究了影响玻纤增强尼龙６６制品疲劳寿命的主要因素。１实验部分１．１疲劳机理

疲劳是材料在周期性的交变载荷作用下发生的破坏。疲劳寿命被定义为，在给定的交变应力或应变的条件下，试样断裂时的循环次数”１。

疲劳断裂的起因是交变载荷的机械功导致了高聚物不可逆的分子结构的演变和变形，分子链的旋转和扭曲，因而形成了银纹和剪切带。银纹是疲劳的先兆，大量交变循环加载次数的积累，导致银纹的逐渐扩展成为裂纹，并急剧加宽，最终导致材料断裂破坏。

１．２

试验栽荷形式

引起疲劳的载荷形式可以是拉伸、弯曲、压缩、

扭转等。本试验采用济南试验机厂产ＰＭＥ一５０Ａ型液压疲劳试验机进行弯曲交变载荷测试，弯曲载荷形式如图ｌ所示。

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图２交变应力与时同的关系

２结果与讨论２．１实验的表征形式

塑料的耐疲劳性可用塑料的疲劳寿命曲线和疲劳强度来表征。疲劳寿命定义为某一给定的交变应力下，材料可以承受应力的次数。２．２影响因素

（１）加载频率对疲劳寿命的影响

图３示出玻纤增强尼龙６６试样在弯曲疲劳试验中加载频率与循环次数的关系。从图３可以看出，随着加载频率的增加，试样的疲劳寿命逐渐减小。在这种平均应力不为零的情况下，塑料具有动态阻尼，较高的频率会使塑料产生热软化效应，导致材料的刚性降低，各种力学强度也随之大幅度的降低直至破坏。

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图３加载频率与循环次数的关系

（２）最大载荷对疲劳寿命的影响收蔫日期：２００２—０３∞

注塑

工程塑料应片ｌ２００２年．第３０卷，第８期

随应力的增加，材料承受循环载荷的次数逐渐减小．这是一个不争的事实。最大载荷与循环次数的关系如图４所示。

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图４最大载荷与循环次数的荚系

通常采用高压和高速注射，因而制品或试样内部必然存在较大的内应力，如果内应力不及时消除．肯定会产生应力集中，从而出现使用或试验过程中过早地产生裂纹或破坏现象。另外，使用温度或试验温度也是影响疲劳性能的一个重要因素。较薄试样有利于散热；较厚试样因滞后热积累较多而降低持久极限。也就是降低疲劳寿命。３结论

通过对玻纤增强尼龙６６试样的弯曲交变载荷的疲劳试验发现：

（１）加载频率及最大载荷的增加，使材料的疲劳寿命明显降低。

（２）尼龙６６较高的相对分子量及结晶度有利于疲劳性能的提高。

（３）材料中玻纤的分布、内应力和使用温度都是影响疲劳寿命的重要因素。

（４）玻纤分布均匀、取向明显、内应力消除较好、使用温度较低等因素都有利于疲劳寿命的提高。

参考文献

ｌ黄锐，等塑料工程手册．北京：机械工业出版社，２０００２刘凤歧，等高分子物理．北京：高等教育出版社，１９９５

（３）分子结构对疲劳寿命的影响

试验表明，相对分子量高、结晶度大的尼龙６６，其疲劳寿命明显高于分子量和结晶度都相对较低的尼龙６６。相对分子量高，分子链长，使解缠的难度提高，裂纹扩展速率降低，从而使疲劳寿命延长”１。结晶度的提高，使分子结构更加对称和规整，在空间分布上更加有序＋承受各种外力作用的能力更大，疲劳寿命因此较长。

（４）玻纤在尼龙６６中的分布对疲劳寿命的影

响

采用不同的玻纤分布状况的材料进行实验，分布状况如图５所示。得出的实验结果相差很大，取向明显的图５ｂ试样，疲劳寿命远远高于取向不很明显的图５ａ试样。由于图５ｂ试样中的玻纤在尼龙中呈一定取向分布，使尼龙的刚性明显提高，从而使其抵抗应变的能力增强，热效应降低，有利于提高疲劳性能。

（５）其它因素的影响

玻纤增强尼龙６６的流动性都较差，成型过程中

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