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高分子材料开裂形貌唯象分析 | 塑料过载破坏常见的断裂形式有哪些？

杏彩体育4年前 (2023-01-19)网球资讯336

　　塑料过载破坏常见的断裂形式

　　近期在微诊断™微谱失效分析平台的“微诊断—高分子材料失效分析”直播中，有观众朋友询问是否有高分子材料断面分析的专门书籍。

　　通用高分子材料（通用塑料和通用橡胶）往往作为壳体、非主要承载构件、小型连接件，其断面形态学的研究，鲜见专门的著作。

　　相比于通用高分子材料，金属材料以及纤维增强塑料（玻璃钢）的失效分析均有大量的公开出版的研究著作。

　　这是材料工程学不同发展阶段决定的。金属材料往往作为主要的承载构件，失效问题对生产和生活影响巨大，学界做了深入和彻底的研究；而从属于高分子材料门类的纤维增强塑料，由于在航空航天领域有着非常广泛的应用，其失效问题的研究往往是针对航空航天科学做出的重大研究成果。

　　相对于金属材料和玻璃钢，通用高分子材料常具有如下特点：

　　种类繁多，应用灵活方便；

　　成型容易，较易进口替代；

　　配方成分差异直接影响材料或构件的性能；

　　大量的塑料件没有经过专门的力学设计和计算；

　　安全阈度往往不足，少量的缺陷或异常均可能产生恶劣的结果。

　　在产品轻量化、小型化的当下，在电子信息技术、器件与模组、小型系统中，通用高分子材料占有重要的地位，其失效问题受到产业界越来越多的重视。

　　微诊断™微谱失效分析平台，是微谱通过微观成分分析、材料表征、性能测试、缺陷定位、可靠性验证等手段，为材料、电子元器件及模组、PCB/PCBA、系统及总成等领域提供综合解决方案的失效分析平台。因常年研究有机材料、高分子材料的失效问题，关于塑料和橡胶断裂的形态学研究方面也有很多总结。基于工业企业研究人员的需求，我们会逐步推介这部分的研究工作，用于交流。

　　本次专题，主要聚焦一些塑料的断面形式、以及形态学的分析，而不去深挖失效的深层次原因，如：材料受到环境腐蚀，材料分解、降解、水解，材料成分与比例不恰，材料某种成分与接触材料成分相互作用的影响。对于通用橡胶属于韧性材料，其断面的形态与塑料有明显差异，相关的介绍放在下一专题。

　　塑料受弯矩过载破坏

　　图1-1为某尼龙材质吊具的断面，为T字形带加强筋，在图1-2筋板位置内部1号区域，可见密集细小银纹和由内向外放射状分布的卷曲变形，根据断面整体的裂纹传递方向，可知图1-2中筋板上白色虚线区域为断裂起始点。

　　观察剩余断面的形貌，以银纹和河流纹为主（图1-3红色箭头所指方向）。破坏顺序为材料1号区域先发生过载开裂，受到持续载荷，裂纹一次性贯穿材料剩余断面。

　　图1-1 某尼龙材质吊具的断面

　　图1-2 断裂面1号区域的放大形貌图

　　图1-3 断裂面2、3号区域的放大形貌图

　　塑料受冲击破坏

　　图2-1为聚碳酸酯制件落球冲击断面。在Cc区域（参考图2-2），受到冲击载荷时，该位置过载、变形、韧性开裂。但Cc区域的开裂无法使冲击能完全释放，随即裂纹以脆性断裂的形式持续扩展，贯穿材料。

　　图2-1 聚碳酸酯制件落球冲击断面

　　图2-2 断裂起始处的冲击变形区域

　　塑料受剪切应力产生初始开裂

　　图3-1中Aa区域，裂纹从左下角向右上角传递，沿此方向，依次可见脆性断裂（细小银纹）、脆性-韧性断裂结合（红色虚线标识的河流状裂纹）、韧性断裂（白色虚线标识的卷曲裂纹）。裂纹从脆性向韧性过渡，材料受到的剪切破坏能在开裂过程中被逐渐释放，此间为材料初期受力破坏的形貌。韧性区域后的裂纹是后期综合受力的结果。