高分子材料件构疲劳开裂是指在远低于其断裂强度的交变应力作用下发生损伤直至断裂的过程。许多高分子构件特别是航空非金属件在实际使用中常受交变载荷或脉冲载荷的作用，特别是当它们在加工或装配过程中已存在缺陷，比较容易出现疲劳损伤甚至疲劳断裂的现象。

高分子材料是一种新型的结构材料，由于其优异的化学和物理性能而得到广泛应用。在实际的使用过中，由于设计或使用不合理，也会出现开裂或者断裂的情况，根据断裂机理分类，其断裂模式可以分为很多种，疲劳开裂/断裂就属于其中一种。高分子材料件构疲劳开裂是指构件在远低于其断裂强度的交变应力作用下发生损伤直至断裂的过程。许多高分子材料构件特别是航空非金属件在实际使用中常受交变载荷或脉冲载荷的作用，特别是当它们在加工或装配过程中已存在缺陷，比较容易出现疲劳损伤甚至疲劳断裂的现象。

每种断口都有其特定的特征，疲劳开裂/断裂的断口也是一样的，其常见的特征如下：

1) 疲劳断口最明显的特征就是疲劳纹或疲劳条带(如图1所示)，它们出现在镜面区，通常是许多以主裂纹源为中心的环状平行条带，条带间距反映出裂纹每次向前扩展的距离。不过对于高分子材料特别是一些炭黑增强的橡胶体系，疲劳条带通常不是那么明显。

图1 疲劳条带

2) 疲劳断裂的发生过程可以用以下流程来简单描述：交变载荷—银纹—裂纹—裂纹扩展—断裂。构件在交变载荷作用下，首先在最薄弱或应力集中区域产生银纹，随着应力的施加，银纹中的微纤维束被拉伸直至断裂，银纹底部产生新的微纤维，银纹逐渐转化为裂纹。疲劳裂纹形成后便开始进入裂纹的扩展阶段。

3) 疲劳断口存在三个区域(如图2所示)：起裂源区(成核)、镜面区(疲劳纹)、粗糙区。疲劳裂纹通过单个银纹扩展时，在断口表面留下光滑的镜面区，当疲劳条纹通过银纹束扩展时，在断口表面留下粗糙区。

图2 疲劳断口区域划分

4) 疲劳断裂是一种脆性断裂，起裂位置通常为构件薄弱或者缺陷部位，因此疲劳对缺陷(缺口、裂纹及组织)十分敏感，即对缺陷具有高度的选择性。

以下为一密封圈的疲劳断口，断口源区较为平滑，扩展区可见一定的疲劳弧线，而快速扩展区或扩展后期则相对粗糙，断面起伏通常也较源区大，其形貌见图3右。其断口的特征与上述疲劳断口基本特征是一致的。

图3 密封圈的疲劳断口形貌

实际操作过程中如要避免构件因疲劳而发生断裂失效可以从以下几个方面进行防患。

1) 从原材料入手，一个方面是选材，另一个方面防止质量管控漏洞。一般结晶高分子抗疲劳特性优于非晶态高分子，相对分子质量大的抗疲劳性能较好，选材时需要充分考虑实际工况，包括受力、温度、介质等的影响。当材料选好了需要找到关键指标建立管控体系，防止中途材料出现问题。

2) 从构件设计入手，需要充分考虑安装及运转过程中其他构件的影响，包括尺寸大小、超温现象、装配损伤、受力情况等。如构件的散热性能不强，会导致材料内部温度升高而不能及时传递出去，导致材料热老化和热降解，从而降低了疲劳寿命。

3) 从环境入手，充分分析影响选材疲劳特性的关键因素，在存储、运输及使用时做好环境监控。如氧气会降低一些对氧敏感的高分子材料的疲劳寿命， 在聚苯乙烯构件的表面镀上一层金膜可以有效的增加构件的疲劳寿命。

4) 从防止损伤或缺陷入手，上文中提到疲劳对缺陷敏感，因此构架加工或组装的过程需要避免损伤和内部或外部的缺陷。