Fig 1 Fatigue S-N curve of long glass fiber reinforced polypropylene material at room temperature

對不同方向的樣條進行尺寸測量，依據標準ISO 13003-2003進行疲勞性能測試，選取拉伸強度的50%-90%范圍內作為最大應力水平，每個應力水平測試2個平行樣，應力比0.1，頻率10Hz，長玻纖增強聚丙烯材料三個方向在常溫下的疲勞S-N曲線結果如圖1所示。從結果可以看出，注塑長玻纖增強聚丙烯材料的疲勞性能依然存在明顯的各向異性，0°、45°、90°方向疲勞性能的整體水平與拉伸強度有著直接性的關系，因此在同一應力水平下，0°、45°、90°方向的疲勞性能逐漸降低；且最大應力的對數與疲勞循環次數的對數呈線性關系，隨著應力水平的降低，疲勞壽命升高，可依據擬合曲線公式表征長玻纖增強聚丙烯材料0°、45°、90°方向的疲勞壽命，對于指導工程應用和產品開發有重要意義。

在低溫和高溫情況下，注塑長玻纖增強聚丙烯材料的疲勞性能也具有常溫條件下表現的各向異性，結果如圖2所示。且隨著溫度的升高，疲勞強度整體向下偏移，這與靜態拉伸強度有著直接性的關系；低溫和常溫條件下，45°和90°方向疲勞性能表現較一致，與0°方向疲勞性能差異較大；在高溫條件下，各方向間性能的差異性相對減弱，疲勞壽命曲線的差異也出現相對減弱。

差異也出現相對減弱。

圖2 長玻纖增強聚丙烯材料高低溫環境條件下疲勞S-N曲線

Fig 2 Fatigue S-N curve of long glass fiber reinforced polypropylene material under high and low temperature

圖3長玻纖增強聚丙烯材料疲勞斷口形貌

Fig 3 Fatigue fracture morphology of long glass fiber reinforced polypropylene

對疲勞斷口形貌進行觀察（如圖3所示），疲勞斷口在整體上與靜態拉伸斷口較一致，0°方向斷口呈鋸齒狀，45°和90°方向斷口基本呈平整狀，且與施力方向分別近似呈45°和90°夾角。這說明注塑長玻纖增強聚丙烯材料結構上存在明顯各向異性，在疲勞過程中，0°方向纖維發生斷裂后引起的裂紋擴展和斷裂，部分纖維從基體中拔出；45°和90°方向拉伸主要為基體開裂或基體與玻纖之間的界面開裂所引發的斷裂，裂紋沿著玻纖取向方向擴展和斷裂。且疲勞斷面具有明顯的特征形貌，疲勞裂紋源區與裂紋擴展區光亮平整，瞬斷區高低起伏，與拉伸斷口非常相似。在疲勞過程中，材料表面或內部某缺陷處在循環作用力下形成損傷微裂紋，此微裂紋的尖端銀紋區應力集中效應使得此裂紋不斷增大，裂紋端部逐漸鈍化，經過一定的累計損傷后鈍化部位破裂形成新的尖端銀紋區，致使裂紋向前擴展，且在此過程中，裂紋兩側的基體材料不斷擠壓摩擦，形成光亮平整面。當微裂紋不斷擴展形成宏觀裂紋后，裂紋快速向前擴展表現出瞬斷。

2. 結論

最大應力的對數與疲勞循環次數的對數呈線性關系，應力水平的降低，疲勞壽命升高；機械可靠性能的變化與靜態強度性能息息相關。