由于產(chǎn)品責任投訴濕度、環(huán)境問題、成為合格供應商的認證，和質(zhì)量本錢意識等愈發(fā)重要，確保塑料產(chǎn)品可靠性的設(shè)計就相當重要。

但是，雖然制造和設(shè)計技術(shù)獲得了進步，但事實上大約70%的塑料在其設(shè)計壽命前就已失效，致使訴訟、昂貴的召回、擔保投訴、再次加工，和在始終充滿競爭的市場中喪失品牌信任度。

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)品失效的詳細分析見圖2，其中45%是由于材料的選擇不當和不良規(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，材料選擇不當釀成的產(chǎn)品失效常常是塑料產(chǎn)品設(shè)計師或工程師犯的1種毛病。另外我們的經(jīng)驗也表明，這看來是由于缺少對材料屬性的認識和了解引發(fā)的。這也是不足為奇，而在測試進程中力值通常由計算機停止閉環(huán)控制由于塑料有90多個通用類，其可細分為大約1000個亞類，終究大量材料供應商可提供大約80000多個商業(yè)等級。結(jié)果就是數(shù)不清的商標、通用類專門用語，和過量的通常不*和不1致的不夠標準化的數(shù)據(jù)，有時會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，對毫無經(jīng)驗的人來講仿佛是1項不可能的任務(wù)。材料供應商競爭性的積極營銷使這類情況更加復雜，有時難以判斷材料的限制和缺點。

材料的選擇

從材料選擇開始，就應斟酌聚合物的結(jié)構(gòu)和屬性的基本情況。

聚合物細分為3大類----熱固性塑料、熱塑性塑料和彈性體(橡膠)。針對塑料設(shè)計而言，兩個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)定性的利用場合。它們不應被用于觸及熱或機械應力周期變化、高機械損傷或接觸各種化學環(huán)境的利用場合。

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接觸、機械損傷和耐重復周期載荷的場合。

當斟酌塑料組件的設(shè)計和開發(fā)時，設(shè)計人員必須了解：

塑料是粘彈性的塑料

塑料的屬性同時間和溫度有關(guān)

塑料的物理和化學老化

易于風化

易于遭到化學腐蝕、應力腐蝕破裂(SSC)和環(huán)境應力裂紋(ESC)

塑料在拉伸利用的作用下，終究會失效

隨著應力增加、溫度增加，在特定環(huán)境中，在周期負荷的作用下，塑料失效時間將會減少

壓模進程會產(chǎn)生顯著的模塑(殘余)應力

塑料材料是缺口敏感的

加入任何的填充劑，始終會對塑料產(chǎn)生某種的有害影響

強化塑料材料呈各向異性

時間、溫度和應力/拉力

粘塑性材料對應力的反應就像是彈性固體和粘性流體的組合。結(jié)果，它們表現(xiàn)出非線性應力---拉力的關(guān)系，它們的屬性與所承受負荷的時間、溫度、環(huán)境和所施加的應力或拉力有關(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度和剛度數(shù)值等長時間特性，則要進行設(shè)計計算和FEA分析，以證明設(shè)計是不是有缺點。這些應在最壞情況的工作條件下進行實驗予以肯定，包括工作溫度、應力水平和環(huán)境影響。不幸的是，許多設(shè)計人員常常想固然地認為“它只是塑料”，絕不遲疑地使用塑料制造商數(shù)據(jù)表上的短時間測試數(shù)據(jù)。結(jié)果就是由于粘彈性引發(fā)失效機理，許多產(chǎn)品失效了。

設(shè)計人員和工程師必須認識到，數(shù)據(jù)表信息是從短時間測試推導出來的，其并未斟酌時間、溫度和環(huán)境。試樣也是簡單形狀，是在理想條件下成型的。這很少適用于成型產(chǎn)品。根據(jù)短時間數(shù)據(jù)，塑料仿佛能夠承受200%或更大的拉力。但是對長時間性能，設(shè)計應力的窗口大幅縮小。建議的設(shè)計張力以下：

靜態(tài)應力條件

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)計人員和工程師有必要了解以下幾點：

塑料受力會變形

當承受靜態(tài)低應力/張力時，有時某些部位會產(chǎn)生延展性---脆性轉(zhuǎn)變，造成脆性斷裂

周期應力會造成延展性/脆性轉(zhuǎn)變，在低應力下造成脆性斷裂

在應力和張力同時作用下，和與特定化學環(huán)境(液體或水汽)接觸時，塑料的裂紋和變脆會提早產(chǎn)生。設(shè)計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設(shè)計極限的刻薄場合，有時就超過了極限。

環(huán)境應力裂紋（ESC）

環(huán)境應力裂紋(ESC)。ESC是在應力和拉力和環(huán)境1般絲杠的同時作用下，聚合物提早產(chǎn)生的失效和明顯脆化。ESC不同于耐化學性，由于耐化學性測試使用的樣本在化學品中浸泡了1段時間，在暴露前落后行屬性測試(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力，除非清洗后準備用于測試。對ESC,同時承受應力和化學環(huán)境會構(gòu)成巨大影響，主要是材料的災害性脆性破裂。

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

多數(shù)的塑料產(chǎn)品失效是由于蠕變、疲勞、溫度、化學品、紫外線和其他環(huán)境因素的協(xié)同效應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行的塑料設(shè)計也會失效。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而釀成的加工不當。推動力1般是經(jīng)濟推動因素，以實現(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。對設(shè)計人員和工程師而言，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，良好的產(chǎn)品設(shè)計、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對塑料和產(chǎn)品性能造成巨大影響。