高分子材料件構疲勞開裂是指在遠低于其斷裂強度的交變應力作用下發生損傷直至斷裂的過程。許多高分子構件特別是航空非金屬件在實際使用中常受交變載荷或脈沖載荷的作用，特別是當它們在加工或裝配過程中已存在缺陷，比較容易出現疲勞損傷甚至疲勞斷裂的現象。

高分子材料是一種新型的結構材料，由于其優異的化學和物理性能而得到廣泛應用。在實際的使用過中，由于設計或使用不合理，也會出現開裂或者斷裂的情況，根據斷裂機理分類，其斷裂模式可以分為很多種，疲勞開裂/斷裂就屬于其中一種。高分子材料件構疲勞開裂是指構件在遠低于其斷裂強度的交變應力作用下發生損傷直至斷裂的過程。許多高分子材料構件特別是航空非金屬件在實際使用中常受交變載荷或脈沖載荷的作用，特別是當它們在加工或裝配過程中已存在缺陷，比較容易出現疲勞損傷甚至疲勞斷裂的現象。

每種斷口都有其特定的特征，疲勞開裂/斷裂的斷口也是一樣的，其常見的特征如下：

1) 疲勞斷口最明顯的特征就是疲勞紋或疲勞條帶(如圖1所示)，它們出現在鏡面區，通常是許多以主裂紋源為中心的環狀平行條帶，條帶間距反映出裂紋每次向前擴展的距離。不過對于高分子材料特別是一些炭黑增強的橡膠體系，疲勞條帶通常不是那么明顯。

圖1 疲勞條帶

2) 疲勞斷裂的發生過程可以用以下流程來簡單描述：交變載荷—銀紋—裂紋—裂紋擴展—斷裂。構件在交變載荷作用下，首先在最薄弱或應力集中區域產生銀紋，隨著應力的施加，銀紋中的微纖維束被拉伸直至斷裂，銀紋底部產生新的微纖維，銀紋逐漸轉化為裂紋。疲勞裂紋形成后便開始進入裂紋的擴展階段。

3) 疲勞斷口存在三個區域(如圖2所示)：起裂源區(成核)、鏡面區(疲勞紋)、粗糙區。疲勞裂紋通過單個銀紋擴展時，在斷口表面留下光滑的鏡面區，當疲勞條紋通過銀紋束擴展時，在斷口表面留下粗糙區。

圖2 疲勞斷口區域劃分

4) 疲勞斷裂是一種脆性斷裂，起裂位置通常為構件薄弱或者缺陷部位，因此疲勞對缺陷(缺口、裂紋及組織)十分敏感，即對缺陷具有高度的選擇性。

以下為一密封圈的疲勞斷口，斷口源區較為平滑，擴展區可見一定的疲勞弧線，而快速擴展區或擴展后期則相對粗糙，斷面起伏通常也較源區大，其形貌見圖3右。其斷口的特征與上述疲勞斷口基本特征是一致的。

圖3 密封圈的疲勞斷口形貌

實際操作過程中如要避免構件因疲勞而發生斷裂失效可以從以下幾個方面進行防患。

1) 從原材料入手，一個方面是選材，另一個方面防止質量管控漏洞。一般結晶高分子抗疲勞特性優于非晶態高分子，相對分子質量大的抗疲勞性能較好，選材時需要充分考慮實際工況，包括受力、溫度、介質等的影響。當材料選好了需要找到關鍵指標建立管控體系，防止中途材料出現問題。

2) 從構件設計入手，需要充分考慮安裝及運轉過程中其他構件的影響，包括尺寸大小、超溫現象、裝配損傷、受力情況等。如構件的散熱性能不強，會導致材料內部溫度升高而不能及時傳遞出去，導致材料熱老化和熱降解，從而降低了疲勞壽命。

3) 從環境入手，充分分析影響選材疲勞特性的關鍵因素，在存儲、運輸及使用時做好環境監控。如氧氣會降低一些對氧敏感的高分子材料的疲勞壽命， 在聚苯乙烯構件的表面鍍上一層金膜可以有效的增加構件的疲勞壽命。

4) 從防止損傷或缺陷入手，上文中提到疲勞對缺陷敏感，因此構架加工或組裝的過程需要避免損傷和內部或外部的缺陷。