【精品】5材料性质与塑件设计.doc

《【精品】5材料性质与塑件设计.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、第五章材料性質與塑件設計5-1材料性質與塑件設計蜩膠材料的多様性使得犁膠射出成形比金屬成形更具有没計的n山度。然而，蜩件的機械性質受到負荷種類、負荷速率、施加負荷期間長短、施加負荷的頻率、以及使用環境溫度變化與溼度變化等因素的影響，所以設計者必須將這些使用條件列入考慮。5-1-1應力•■應變行為材料的應力••應變行爲決定其強度或勁度。影響材料強度的因素包括塑件的幾何形狀、負荷、拘束條件、成形製程導致的殘留應力和配向性。根據施加在犁•件的負荷或拘束條件的不同，必須考慮不同種類的強度性質，包括拉伸強度、壓縮強度、

2、扭曲強度、撓曲強度和剪變強度等。没計然件時，應該根據然件承受的主要負荷來決定材料相關的強度。將英使用環境溫度及應變率下的主耍負荷所相關的應力應變行為列為重要考慮。然而，山於拉伸試驗以外的其他測試程序先天上都有準確性的問題，使得剌慘材料往往只提供短期的拉伸試.^(tensiletest)結果。讀者如果有其他負荷狀態的應用，應參閱相關的文獻資料。圖5-1說明拉伸試驗棒和預設固定負荷下的變形昴，其中，應力(。)與應變(叮的定義為：ConstantLoad,FConstantLoad^F(a)

3、實驗棒截面呀積A‘原始長度厶)；(b)於固定負荷下拉長至長度厶。應力(b)負荷力量(F)截而面積(4)應變(£)=L-L。圖5-2熱鴉性塑膠的應力一應變曲線，可以獲得楊氏模數、比例極限，彈性極限、降伏點、延展性、破壞強度和破壞之伸長量等材料性質。(ElasticRegionUPlasticRegionUltimateElongation(IYieldElongaitionStt&in(c)■圖5・2典型熱欢性蜩膠的應力一應變曲線圖楊氏模數是應力一應變曲線起始TT線部份的斜率。定義為:楊氏模數⑹=»楊氏模數經曲

4、被用作材料强度指標。楊氏模數實際上是材料剛性(rigidity)的指標，它川以應用於工程上簡化的線性運算，例如決定期件的勁度(stiffness)o比例極限是圖5-3±的P點，曲線從這點開始偏離其線性行為。彈性極限是圖5-3的I點,它是材料承受應變而仍能夠冋復原形的最大限度。假如應變最超過彈性極限，並且繼續增加,則材料可能發生拉伸現象而無法回復原形,或者可能發生破壞,如圖5・2所示。圖5-3局部之應力一應變曲線'其中，P點是比例極限，經常用作設計上的應變限度。I點是彈性極限。圖5・4顯示相同基底樹脂材料的兩種

5、熱須性複合物之應力一應變曲線,英中一者添加了30%玻纖，另一者無填充料。玻纖填充料使得蜩料的破壞強度、降伏應力、比例極限應力及楊氏模數都明顯地提昇,並且承受較低的應變最就產生破壞。無填充料的熱塑性犁膠在降伏點以上產生拉伸現象,使應力減小。拉伸造成剖而而積的縮小量•可以根據蒲松比計算.負荷速率（或應變率）及溫度對於蜩膠的應力應變行為有很人的影響。圖5-5是半結晶槊•膠受負荷速度及溫度影響時之拉伸實驗應力一應變曲線。通曲，在高負荷速率和低溫條件時，蜩膠材料顯得剛II脆；低負荷速和高溫條件時，受到其黏滯性的影響，蜩

6、膠材料較具有撓性和延展性。從圖5-5可以觀察到，高負荷速率使得材料的破壞應力和降伏應力大幅提高。然而，提高溫度會使得破壞應力和降伏應力降低。■RuptureFiber-filledResinYieldPointUnfilledResinStrain(%)—►圖5-4添加30%玻纖與無添加物之熱塑性樹脂的應力應變曲線FastLowTemperatureHighTemperature(总亘ssgsSlr&in（筑）►圖5-5負荷速率與溫度對於典型聚合物之應力一應變圖的影響加熱半結晶性蜩膠使之通過玻璃轉移溫度（Tg

7、）,則負荷速度、溫度等相關的效應更加明顯，結果導致型料產生全然不同的運動行為。不定形犁膠通過軟化區後呈現黏性流。5-1-2潛變與應力鬆弛設計承受長期負荷的塑件時，應非常注意潛變效應及應力鬆弛。不論所施加負荷的大小，只要持綃地施加-定杲負荷在塑膠材料上删膠材料就會連續地變形,這種長期間、永久性的變形稱為潛變（creep）,如圖5-6所示。Log（Time）圖5-6典型的潛變曲線，其潛變量根據負荷及時間而變化。要設計承受長期負荷的塑件，必須使用潛變數據以確保蜩•件不會在壽命週期內產生破壞、產生降伏、裂縫或是過量的

8、變形。雖然大多數星料擁有在相當時間內、特定應力及溫度條件下的潛變數據，但是每個犁•件設計仍需對其特定的負荷與使用條件來調整設計伉。山於要針對各別設計蜩件進行長期間的試驗並不可行，ifuiim件將來使用期間的應力與環境條件不容易進行長期間的預測，所以，往往必須從較短的潛變試驗數據執行內插和外插。通帘，工程仰使用樹脂供應商提供的潛變資料原獲得應變相對於時間之數據，再進行內插和外插，以獲得同一時間之應力一