机械特性

Ⅰ. 拉伸特性

图1.尼龙拉伸应力-应变曲线

一般，拉伸特性由应力-应变曲线（S-S曲线）所表示。图1所示的是非强化尼龙绝干状态的情况下和大气压平衡的吸水情况下的代表性拉伸应力-应变曲线。从此图可以看出，吸湿后的应力-应变曲线会变成一条光滑的曲线。但是，一旦突破屈服点（图1的B点）后，会发生所谓的“缩颈”现象，尼龙材料急速伸长。实际设计时，将屈服应力与安全率的比值作为安全容许应力使用，尼龙上的安全率一般设定在3～8的情况较多。运用玻璃纤维作为强化填充物被强化的尼龙就不会产生“缩颈”现象，而是脆性破坏。伸强度是由材料屈服时的屈服应力，材料脆性断裂时的断裂应力所表示。

材料的易变形程度的标准由拉伸模量所表示，图1对应的是应力-应变曲线的比例限度（到A点的直线部分）的斜率。现在，让我们试着求出在大气中的平衡吸水率（2.5%）下的尼龙66的拉伸模量，比例限度值0.5%的对应应力为7.5MPa，

拉伸模量=应力/应变=7.5MPa/0.005=1500MPa=1.5GPa。同样的，求出大气平衡的吸水情况下的尼龙6，尼龙610的拉伸模量，分别为1.1GPa、1.2GPa。

尼龙的拉伸特性温度依赖性极大，伴随着温度的上升拉伸强度，拉伸拉伸模量会同时下降。而且，因吸水产生的模量下降，如同温度依赖性的曲线在低温值处会产生变化轨迹所示。尼龙的代表品名的，拉伸强度的温度依赖性详见图2～5，拉伸模量的温度依赖性详见图6～7。

图2. CM107(非强化尼龙)的拉伸强度的温度依赖性
(non-reinforced nylon 6)
图3. CM1011G-30(GF30%强化尼龙6)
的拉伸强度的温度依赖性
图4 CM3001-N(非强化尼龙66)的拉伸强度的温度依赖
图5. CM3001G-30(GF30%强化尼龙66)
的拉伸强度的温度依赖性
图6. CM1017(非强化尼龙6)的拉伸模量的温度依赖性
图7. CM3001-N(非强化尼龙66)的拉伸模量的温度依赖性

Ⅱ. 弯曲特性

图8. 3处弯曲试验

弯曲特性通常如图8所示用三点弯曲试验进行评价是一般的做法，作为测试指标的有弯曲强度，弯曲断裂应变，弯曲模量等。

b:试验切片的宽度
h:试验切片的厚度
L:支点间的距离
W:负荷
δ:挠度

测试时，应力 δ 与应变 ε 为:
σ=(3L/2bh2)·W・・・(a)
ε=(6h/L2)·δ・・・(b)

将断裂时的负荷带入(a)式后可决定弯曲强度，测试点的挠度带入(b)式后，可得出弯曲断裂形变度。
弯曲模量代入负荷-挠度曲线的直线部分的一点上的负荷和挠度，由(c)式所得出的。

弯曲拉伸模量=σ/ε=(L3/4bh3)·(W/δ)・・・(c)

弯曲特性也与拉伸特性相同，需要由温度，吸水率依赖性来表示。尼龙代表品名，其弯曲强度的温度依赖性和弯曲模量的温度依赖性由图9～12，图13～16表示。

图9. CM1017(非强化尼龙6)的弯曲强度的温度依赖性
图10. CM1011G-30(GF30%强化尼龙6)
的弯曲强度的温度依赖性
图11. CM3001-N(非强化尼龙66)的弯曲强度的温度依赖性
图12. CM3001G-30(GF30%强化尼龙66)
的弯曲强度的温度依赖性
图13. CM1017(非强化尼龙6)的弯曲拉伸模量的温度依赖性
图14. CM1011G-30(GF30%强化尼龙66)
的弯曲拉伸模量的温度依赖性
图15. CM3001-N(非强化尼龙66)
的弯曲模量的温度依赖性
图16.CM3001G-30(GF30%强化尼龙66)
的弯曲拉伸模量的温度依赖性

Ⅲ. 压缩特性

非强化尼龙6的压缩应力的温度依赖性由图17所示，吸水率依赖性由图18所示。各种尼龙的压缩强度由表1所示。

图17. CM1017(尼龙6)的压缩应力的温度依赖性
(极度干燥环境，应变速度10%/分)
图18. CM1017(尼龙6)的压缩应力的吸水率依赖性
(25℃、应变速度10%/分)

表1. 各种尼龙的压缩强度
项目	単位	尼龙6 CM1017	尼龙610 CM2001	尼龙66 CM3001-N
屈服强度(极度干燥环境) 屈服应变(极度干燥环境)	MPa %	85 5	90 5	65 5.5
1%压缩变形时的应力极度干燥环境大气下平衡吸水时饱和吸水時	MPa MPa MPa	26 5.5(3.8) 3.4(11.5)	20 7.2(2.2) 5.2(3.8)	28 8.0(3.7) 4.9(9.9)

注括号内的数值为吸水率(%)

Ⅳ. 蠕变特性

在一定负荷下，随着时间应变增加或减少的现象称为蠕变，这在尼龙的机械特性中是极为重要的性质之一。图19显示了非强化尼龙6,66的拉伸，压缩蠕变。图20中表现了尼龙6在拉伸应力10MPa下的蠕变温度依赖性，图21显示了尼龙6和尼龙66在拉伸应力20MPa下的蠕变温度依赖性。

图19. CM1017，CM3001-N的蠕变
图20. 因CM1017(尼龙6)的温度变化所引发的蠕变变化(在绝干状态下)
图21. CM1017(尼龙6)，CM3001-N(尼龙66)的拉伸蠕变(负荷，20MPa，在绝干状态下)

图22 CM1017，CM3001-N的表观弹性模量系数

实际设计情况下，为了估算变形量易会被用到的就是表观弹性模量，即为经过一定时间的拉伸模量。图22显示了室温下的CM1017(尼龙6)和CM3001-N(尼龙66)的表面拉伸力。基于此将可以求出CM3001-N(尼龙66)在应力20MPa下的经1年后的变形量。

图22中可以得到1年后(8,760小时候)表观弹性模量是0.66GPa，那1年后的变形量为

变形量=20MPa/0.66GPa≒0.003=3%

可是，表观弹性模量可适应的应力范围为，室温下，CM1017(尼龙6)是20MPa以下，CM3001-N(尼龙66)是22MPa以下。

Ⅴ. 冲击强度

尼龙的冲击强度在树脂材料中是属于较大的一种。冲击强度的吸水率依赖性如图23所示，温度依赖性如图24。比较尼龙和尼龙66，在极其干燥的室温环境下无差异，且吸水依赖性上毫无差别，但是尼龙6在平衡吸水率上较大，实际使用时对尼龙6的高冲击性是可以期待的。另一方面，图25显示了冲击强度的结晶温度依赖性。由此可得出结晶度越高冲击强度越低。

图23. 冲击强度的吸水率依赖性
图24. 冲击强度的温度依赖性
图25. 冲击强度的结晶度依赖性

Ⅵ. 表面硬度

表面硬度的吸水率依赖性如图26所示，温度依赖性如图27。且可以得出吸水率越高，温度越高表面硬度会越低。

图26. 表面硬度的吸水率依赖性
图27. 表面硬度的温度依赖性