疲劳测试是一个成熟的过程，但准确的结果取决于对细节的严格关注。
随机选择材料、测试棒单元和切割方法可能会使结果出现偏差，并使您的应用面临失败的风险。在我们由两部分组成的疲劳测试系列的第二部分中，我们探讨了疲劳测试的这些关键方面如何影响结果，以及为什么与经验丰富的供应商合作以利用先进的测试和工程塑料很重要。
S-N 曲线应力测试
通常，疲劳测试包括对狗骨形测试杆施加多个周期的压力，直到测试杆断裂。为了涵盖低于断裂应力的一系列应力，进行了 30%、50%、70% 和 90% 的四个级别的测试。
挑战在于假设被测材料的机械性能是各向同性的，这意味着在所有方向上都是相同的。对于玻璃填充工程塑料，机械性能是各向异性的，并且在纤维取向方向上更强。此外，纤维取向受成型过程的影响，因此没有普遍的各向异性。
理想情况下，存在一个晶胞，其中塑料的微观结构显示所有纤维都朝向同一方向 - 表明该纤维取向区域对于测试目的来说是可重复的。工程师必须寻找并测试这个晶胞，以便准确地模拟疲劳行为 - 这是一项看似简单的练习。
为了测试晶胞点的性能，注射成型矩形板，并从晶胞位置切割狗骨形测试棒。疲劳杆在三个方向上切割：沿流动方向切割 0 度，垂直于流动 90 度，以及与流动方向偏移 30 度。
测试样品位置在很大程度上推动了压力测试结果，这只会强调测试棒位置的重要性。
测试棒位置的重要性
Moldflow 模拟和先前的测试证实，玻璃填充工程塑料的最大纤维取向位于中心浇口方向，大约在流动长度的三分之二处：
了解这一点为工程师提供了一个目标，并且还有助于疲劳测试的其他关键方面：
- 节省材料和时间：避开边缘将允许从一个板块上切割多个测试棒，从而节省测试材料和时间
- 测试可重复性的保证：证明所选晶胞位于正确的位置并且可以多次测试，需要 3 个方向的应力测试（0 度、30 度和 90 度）：
比较 3 个或 4 个板块的切割棒测量值，可以揭示模具和成型过程是否产生可重复的晶胞。如果是这样，则所有 0 度方向都将相互叠加，而不会产生明显的分离。同样，30 度和 90 度方向将与 0 度方向保持良好的间距，与其他方向没有重叠
- 拉伸强度的验证：纤维取向也会影响拉伸强度。如果重复性测试的绘图与图表上所示的图相似，则模制板适用于疲劳测试：
在准备和验证用于疲劳测试的各向异性材料时，一个反复出现的要求是切割材料本身（即板状和测试棒）。切割材料并没有什么不寻常的，但工程塑料可能会带来独特的挑战。
例如，玻璃纤维含量为 50% 的尼龙的弯曲模量将远超过 16,000 MPa。再加上高刚度、裸露的玻璃纤维和吸湿性考虑，材料切割从常见到复杂。
切割工程塑料
尼龙测试通常按照模制方式进行干燥测试。因此，有多种切割选项可供选择，每种选项都有其优点和缺点：
- 压缩模具冲压：将测试棒形状的锋利边缘金属模具液压压缩到测试板中，使该方法快速、准确且成本低。然而，无法穿透玻璃、零件可能破碎以及需要不断磨模是批评者。此外，这种切割方法会产生粗糙的边缘，当与纤维拉出和应力冒口引起的缺陷相结合时，可能会导致疲劳测试过早失败。
- 带锯： 顾名思义，带锯用于遵循测试棒的跟踪模式。易于访问、带锯作的普遍常识和低成本使此选项具有吸引力。然而，精密切割取决于技能，通常速度很慢，并且会留下粗糙的边缘，如果存在其他情况，可能会导致疲劳测试失败（见上文）。
- 水射流：计算机引导的水射流通过多个板块的堆叠切割测试棒材图案，从而提高切割时间效率并平滑边缘。缺点是水射流在移动时去除的材料量是任意的，导致最终长度和宽度尺寸不一致。此外，由于大多数实验室没有配备水射流，因此切割通常成本较高，并且由于涉及外包，因此需要更长的时间。水射流切割的最大缺点是将高吸收性尼龙置于水分丰富的环境中。这种组合导致尼龙塑化和更高的延展性，这可能会错误地延长测试中的疲劳寿命。
- 计算机数控 （CNC） 机床：CNC 机器是一种用于铣削、钻孔和切割材料的路由器，使用类似于钻头的 2 槽或 4 刃切割工具准确快速地跟踪相同的图案。通常，在切割测试棒时，使用更高的速度和 2 槽切削工具可以获得更好的结果和相对光滑的边缘。
这份对疲劳测试关键方面的广泛概述揭示了该过程的动态性，以及结果如何影响应用工程塑料的选择。它还表明需要与在材料特性、行为和疲劳测试优化方面经验丰富的供应商合作，以使塑料与您的应用保持一致。
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