影响短期静态力学性能的因素探析

如上所述，各种力学性能指标都是在特定条件下测试的，且受诸多因素影响，所以掌握力学性能随环境等因素变化的规律，并在选料时考虑各因素的影响是十分必要的。

其主要影响因素主要体现在材料性能、使用环境、受载条件、加工因素等方面。

1.材料结构及组成

1）在材料组分中含有亚苯基、羟基、羧基、羰基、铵基、酰胺基、杂原子或含杂原子基团及极性基团等成分的材料，力学强度高，刚性好。分子中含有异亚丙基、醚基基团的材料，韧性柔性好。含有苯环侧基成分的材料刚硬呈脆性。主链的刚性和侧基的极性都会提高模量。

2）脆性塑料与塑性材料的应力-应变特性截然不同，如图5-11所示。脆性及硬性材料无屈服强度，拉伸强度。弹性模量高，断裂伸长率低，韧性塑料在（2）区发生软化缩颈，在（3）区发生冷拉应变，断裂时呈应变硬化状态。其拉伸强度、刚性下降，但断裂伸长率增大。

图5-11 各种塑料的应力-应变曲线

1—脆性塑料（脆性断裂，无缩颈） 2—硬质塑料（稍显屈服后即断裂） 3—塑性塑料（屈服后缩颈断裂） 4—塑性、韧性塑料（屈服、缩颈、冷拉后断裂）

3）在材料中相对分子质量大，分布均匀、结晶度高，有交联结构、主链及侧基刚性强、取向性强的材料，强度及刚性大，共聚、共混、填充刚性填料及增强纤维的改性塑料，强度及刚性都优于未改性塑料。

2.负载形式

材料抵抗负载的能力与负载形式有密切的关系。一般情况下，抗压缩能力大于抗弯曲能力大于抗拉伸能力大于抗剪切能力。同时负载速率也直接影响材料应变的适应性，如图5-12所示。因为负载速率高时分子形变速度跟不上，从而使材料呈脆性，强度、模量、屈服强度增高，断裂伸长率下降；负载速率低时，则物性向塑性转化。无论是拉伸、弯曲等各种形式，负载速率对材料性能的影响基本相似，但相比之下对压缩负载的影响程度稍小些。不同材料对负载速率的反应不等，热塑性塑料比热固性塑料敏感，硬脆性物料更敏感，非牛顿流体塑料（即熔体粘度对切变速率变化敏感的塑料）对负载速率变化也很敏感。

图5-12 负载速率与温度变化对塑料性能的影响(www.xing528.com)

图5-13 取向性对应力-应变曲线的影响

a）脆性聚合物在平行取向方向和垂直取向方向的拉伸应力-应变曲线 b）塑性聚合物的无取向、平行取向和垂直取向方向的拉伸应力-应变曲线

3.使用环境

环境温度及相对湿度大、有介质腐蚀、长期户外工作或发生光、热氧化等都会降低材料的强度，对热塑性塑料影响更大。

4.制品加工

大多数塑料经加工后其性能都有一定程度的下降，尤其当制品加工后出现结晶不充分，应力集中、降解、熔接不良、裂纹、变形等质量缺陷时影响更大。此外，取向性（分子取向性，增强取向性等）对材料性能有明显的影响，平行方向与垂直方向性能指标值差别很大，如图5-13所示。平行方向的强度、屈服强度、弹性模量、泊松比都高，且脆性材料与塑性材料表现不同。

退火、调湿处理、再拉伸、压延和表面强化处理等加工后都会改善制品的力学性能，提高或稳定性能指标值，增强塑性等。

5.制品结构

制品的尺寸形状是按所选材料的性能指标值进行计算和设计的，但结构是否合理会直接影响材料性能的发挥。例如，制品的圆角半径小易出现应力集中，导致此处强度下降；受剪切力的制品受力部分太厚，则该处抗剪强度下降等。诸如此类影响材料性能的结构因素很多，设计者应充分重视。

总之，各种资料可提供的指标值都是随外界或材料内部因素的变化而变化的，在设计应用中不能生搬硬套，必要时应进行模拟测试。