概要：预测塑料性能并不是一项简单的数学运算。工程师必须考虑从蠕变到化学环境范围之间的诸多因素。
关键词：复合材料 老化 改性材料
为完成一项工作来选定塑料要比选定合适的金属复杂无数倍。
但是毫无疑问，对合适的应用来说，塑料值得你这样做，因为塑料能够大幅度简化设计、降低重量和提供金属无法提供的性能，比如抗腐蚀性或光滑度。
但如果不了解塑料的复杂性就可能会使其性能变差，更糟糕的是，可能会带来灾难。
位于密歇根州特洛伊市(Troy)的杜邦汽车系统公司(DuPont Automotive)(http://designnews.com.cn/0808-530.aspx)的设计与开发主管Josh McIlvaine说：“金属中的安全因素是数学性质的，比较精确，并且很容易预测。复合材料实质上是由多种成分组成，要预测其像疲劳老化这样的长期特性就比较困难。由于工程热塑塑料没有任何老化限制，要预测其性能尤其麻烦。我们发现的对部件进行验证的唯一方法就是在实际使用温度下进行真实的环境测试。
除此之外，与10 年前相比，工程师们也越来越多地把塑料用在更艰苦的
环境中。
位于明尼苏达州Winona市的一家专业复合材料公司RTP(http://designnews.com.cn/0808-531.aspx)的高级产品开发工程师Karl Hoppe 说：“简单容易的金属转塑料应用是很久以前的事了。现在你所看到的是更高的承载能力、更高的使用温度和更苛刻的化学环境。今天人们对塑料的要求要比以前多得多。”
通过采访一些领先工程树脂公司的技术专家，我们得到以下几个需要关注的要点：
● 粘弹性：塑料的性能不只是取决于应力和张力，还取决于应变速率、温度和时间。与金属不同，塑料在室温下会发生蠕变。
● 特殊设计考虑：拔模斜度、标定壁厚、壁角和支肋等问题需要特别注意。
● 增强物和添加剂的影响：实际部件中的玻璃纤维配向可能与测试件中的玻璃纤维配向大相径庭，这就可能出现与预期完全不同的强度模式。
● 制造的影响：模具设计与模塑过程本身都能够导致塑料产品成品中出现应力和其他失效点。
● 现场状况：确定了解产品所使用的化学环境。一个糟糕的例子就是选用聚碳酸酯做汽车的保险杠，当时设计者没有考虑到喷溅汽油的影响。
当部件长期处于应力下时，产品说明书上的短期模量是不能够预测其应变的，尤其是在处于热循环中时。这种现象就是蠕变，其中的一种影响就是应力松弛。结果可能会使部件失效。比如：一个螺栓可能就不能在部件的整个使用寿命中支撑需要固定的部分。
杜邦公司的McIlvaine说：“如果你不使用压缩限制器，连接会随着时间而变弱。应对这种问题的最好方法就是使用具有结构附着点的插件。”插件可以是注塑而入、可以热打桩而入或者在模塑过程后挤压而入。
向材料供应商索取指定材料的同步应力与应变曲线数据。那些曲线图标出了不同时间段的应变与应力的百分比。你可以查对部件某一部分上某一点的表观模量。只在需要的点上进行增强就可以了。
设计问题
D S M 工程塑料公司(http://designnews.com.cn/0808-532.aspx)的CAE(计算机辅助工程)经理John Bruner说：“在设计中我仍然能发现很多基础错误。仍然有人违反塑料设计的第一条和第二条规则，从而导致注塑错误或者性能问题。”第一条规则就是标定壁厚。让部件的壁厚保持一致非常重要。大型材会出现空隙和不一致性收缩。Bruner补充说：“具有改进特性的材料可能能够帮助解决一些问题。”
从金属转用塑料进行设计的其他明显问题还有锐角转角和过度使用支肋。
内锐角转角是塑料部件失效的一个主要原因，因为它们把应力都集中到了一个点上。“进行金属设计，0.005 或者0.010英寸的半径就足够了，但是对于塑料来说，我们要用0.020 到0.030 英寸的半径，使转角不要成为导致裂纹扩展的应力冒口，” V i c t r e x 公司(http://designnews.com.cn/0808-533.aspx)的技术项目主管Bob Lamb 说。Victrex 公司是英国的一家高性能聚合物(比如，聚乙烯)生产商。
支肋是为注塑件增加强度和刚度的一种重要方法。恰当地使用支肋能够减少部件重量，并且也能减少注塑时间。但是，一些工程师却把过度使用支肋作为一种安全手段。DSM 公司的Bruner 说：“我看到过一起过度使用支肋的案例，使加入填料变得很困难，最终模具中几乎没有什么钢了。̶