冲击强度测试

冲击强度测试冲击性能冲击性能实验是在冲击负荷作用下测定材料的冲击强度。冲击强度用来评价材料抵抗冲击的能力或判断材料的脆性或韧性程度，因此，冲击强度也称冲击韧性。塑料材料的冲击韧性在工程应用上是一项重要的性能指标，它反映不同材料抵抗高速冲击而致破坏的能力。冲击实验方法依据试样的受力状态分为弯曲冲击(包括简支梁冲击和悬臂梁冲击)、拉伸冲击、扭转冲击和剪切冲击；依据采用的能量和冲击次数，分为大能量的一次冲击(简称一次冲击试验或落锤冲击试验)小能量的多次冲击试验(简称多次冲击试验)。依据试验温度分为常温冲击、低温冲击和高温冲击三种不同材料或不同用途可选择不同的冲击试验方法，并得到不同的冲击试验结果．这些结果并不能进行比较3.1简支梁冲击试验试样放置在简支梁冲击试验机的两支撑块上.使冲击刀刃对准试样中心,释放摆锤对试样施加一次冲击弯曲负荷使之破坏.试样破坏时单位面积所吸收的能量表征该材料的冲击韧性。简支梁式摆锤冲击试验简单易行，在控制产品质量和比较结构或制品的韧性时是一种常用的测试方法。3.1.1简支梁冲击试验涉及的概念无缺口试样简支梁冲击强度无缺口试样在冲击负荷作用下，试样破坏时吸收的冲击能量与试样原始横截面积之比缺口试样简支梁冲击强度缺口试样在冲击负荷作用下，试样破坏时吸收的冲击能量与试样缺口处的横截断积之比.KJ/m２相对冲击强度缺口试样的冲击强度与无缺口试样的冲击强度之比；或同类型试样A型缺口冲击强度与B型缺口冲击强度之比。但Ｃ型缺口试样的冲击强度与A型或B型缺口试样的冲击强度之比不得作为相对冲击强度的量度。3.1.2简支梁冲击试验方法要点1.试样制备：简支梁冲击试验的试样可用模具直接经压塑或注塑成型；也可用压塑或注塑成型的板材经机械加工制得。尺寸：试样为矩形截面的长条形,分无缺口试样和缺口试样,其中包括4种不同的尺寸类型和3种不同的缺口类型。其中,由于A型缺口对多数材料所得数据的分散性小和重复性好．因此把A型缺口作为首选缺口,把I型试样作为首选试样I型试样还可由依据GB11997方法制备的标准多用途试样的中部直接切取。此外，试验方法还规定厚度小于3mm的试样不作冲击试验。A型缺口为首选缺口3.1.2简支梁冲击试验方法要点2.摆锤应根据试样破坏时所需能量选择摆锤，并使消耗的能量在摆锤总能量的10％一85％范围内。如果符合这一能量范围的不只一个摆锤时，应选用最大能量的摆锤。3.1.3简支梁冲击试验结果表示(i)无缺口简支梁冲击强度式中ａ—无缺口试样冲击强度,kJ/m2；Ａ—试样吸收的冲击能量，Jｂ—试样宽度,mm;ｄ—试样厚度,mm（ii）缺口试样简支梁冲击强度式中ａｋ—缺口试样的冲击强度,kJ/m2；Ａｋ-—缺口试样吸收的冲击能,Jｂ—试样宽度mm；ｄK—缺口试样的缺口处剩余厚度mm。试验结果以每组10个样的算术平均值表示,取两位有效数字冲击实验破坏类型完全破坏指经过一次冲击使试样分成两段或几段部分破坏指试样的横断面至少断开90％的不完全性破坏无破坏指试样的横断面断开部分小于90％的不完全性破坏。如果在同一试验材料中观察到一种以上的破坏类型,须标明每种破坏类型的平均冲击值和试样破坏的百分数,不同破坏类型的试验结果不能进行比较3.1.4简支梁冲击强度的影响因素(i)飞出功的影响由于试样在冲击过程中要产生弹性变形，这种弹性变形积蓄的能量在试样破坏时要释放出来，因此摆锤冲击在试样上的能量总大于试样断裂所需的能量，所以断裂后的试样会飞出.对吸收能量较小的脆性材料必须对“飞出功”进行修正。ISORl80和ASTMD256都作了明确规定。(ii)试样尺寸的影响：同一试样的厚度越大,冲击强度值越高；而在相同的试样厚度下,试验跨度越大,冲击强度值也越高．不同试样尺寸、试验跨度所得冲击强度都不能进行比较和换算。只有相同厚度的试样并在相同跨度下作冲击试验，所得结果才能进行比较。(iii)冲击速度的影响无论是简支梁冲击试验还是悬臂梁冲击试验，冲击强度值均随冲击速度的增加而降低；且热塑性塑料比热固性塑料影响更为显著。通常冲击摆锤的速度为3—5m/s，国家标准中规定冲击速度为2.9m/s或3.8m/s。3.2悬臂梁冲击试验悬臂梁冲击试验是对材料的脆性(或韧性)进行测量的另一种试验方法对使用简支梁冲击试验中冲不断的材料，使用悬臂梁冲击试验就显得特别重要。实验描述:试样一端固定在悬臂梁冲击实验机试样架上.另一端为自由端.由已知能量的摆锤对试样自由端进行一次冲击，测量试样破坏时所吸收的能量。3.2.1悬臂梁冲击试验涉及的概念①无缺口试样悬臂梁冲击强度无缺口试样在悬臂梁冲击破坏过程中所吸收的能量与试样原始横截面积之比．KJ/m2②缺口试样悬臂梁冲击强度指缺口试验在悬臂梁冲击破坏过程中所吸收的能量与试样缺口处原始横截面积之比．用KJ/m2表示。试验时摆捶的冲击方向为试样有缺口的一面。③反置缺口试样悬臂梁冲击强度反置缺口试样在悬臂梁冲击破坏过程中所吸收的能量与试样缺口处原始横截面积之比，用KJ/m2表示.试验时摆锤的冲击方向为缺口的背面。④平行冲击对层压增强材料,在悬臂梁冲击试验中摆锤的冲击方向平行于板材的层压断。3.2.2悬臂梁冲击试验方法要点1.试样制备：同简支梁冲击试验的试样尺寸：试样为矩形截面的长条形,分无缺口试样和缺口试样,包括4种尺寸类型和2种缺口类型.由于ISO180-1993中已提出今后修订时将取消2、3、4型试样，只保留1型试样,因此我国也将只使用1型试样。A型缺口作为首选缺口对于各向异性材料应分别按平行和垂直板材的某一特征方向分别切取试样。特征方向可由目视观查或由生产方法推断。2.冲击试验机应能测量试样破坏时所吸收的冲击能。应该注意对该值进行摩擦和风阻损失的校正。并在摆锤容量10％一80％的范围内不得超过允许误差。3.摆锤试验机必须有一套可替换的摆锤，以保证试样断裂时吸收的能量在摆锤能量10％一80％的范围内；若有几个摆锤都能满足要求．应选用能量最大者；不同摆锤所测结果不能相互比较。4.冲击试验过程测定缺口试样时，缺口应在摆锤冲击刃的一侧,然后释放摆锤；记录试样吸收的冲击能并对摩擦损失时进行修正。当试验为反置缺口试样时，为了避免材料表面层的影响，板材原表面应面向冲锤。对于各向异性的材料，通常是冲击平行于板面的试样侧面。悬臂梁冲击实验破坏类型完全破坏:指试样断裂成两段或多段。绞链破坏:指断裂的试样由没有刚性的很薄表皮连在一起的一种不完全破坏。部分破坏:指除绞链破坏以外的不完全破坏。不破坏:指试样未破坏，只是产生弯曲变形并有应力发白现象产生。3.2.3悬臂梁冲击实验结果表示(i)无缺口试样悬臂梁冲击强度计算：(ii）缺口试样悬臂梁冲击强度计算3.2.3悬臂梁冲击实验结果表示冲击试验结果应以一组试样结果的算术平均值表示，并取两位有效数字。被测试样若出现前述4种破坏类型中的一种以上破坏，应注明各种破坏类型的试样数目.此时应把其中属于完全破坏和绞链破坏的测定值用以计算其算术平均值；在出现部分破坏时，如果要求报告此种部分破坏的测定值，应用字母P表示；对完全不破坏的试样不报告其数值，并用NB表示。3.2.4实验结果的影响因素(i)温度无论是悬臂梁冲击还是简支梁冲击，其冲击强度值均随温度的降低而降低。这是因为随着温度的下降，材料从韧性状态转变为脆性状态，这种转变是在一个较窄的温度范围内产生，试样在脆性温度以下呈现脆性断裂，其冲击强度值较低；而在高于脆性温度下发生的韧性断裂，其冲击强度较高。3.2.4实验结果的影响因素(ii）缺口加工方式标准试验方法中推荐使用机械加工的缺口试样。除非受试材料有要求可使用模塑缺口3.2.4实验结果的影响因素(iii)湿度某些吸湿性较大的材料例如尼龙在干燥状态下和吸湿后状态下测试，其冲击强度值有明显的不同，在相同温度下吸湿越多，冲击强度值也越高.因此，在试样加工和测试过程都需严格控制环境湿度。(iv)试样缺口底部曲率半径缺口底部曲率半径越小，则应力集中系数也越大，因而冲击强度值越低。因此，不同缺口底部曲率半径的试样所测的冲击强度值不可比。3.2.4实验结果的影响因素(v)试样夹持力在悬臂梁冲击试验中，某些塑料材料对夹持力较敏感，夹持力过大者冲击强度一般偏低；夹持力过小则冲击强度—般偏高。夹待力对冲击强度数值的分散性也有影响。因此，试验过程中应严格掌握使同一组试样保持相同的夹持力。3.3落球、落锤冲击试验简支梁或悬臂梁冲击试验．是通过对固定形状尺寸的试样进行冲击，因此所反映的是材料本身的抗冲性能。对于某些塑料制品，如管材、片材及膜等，人们更加关注的是制品本身的抗冲性能。落球、落锤冲击试验正是为满足这一要求而制订的试验方法。方法原理在规定的条件下，用一特定形状及一定质量的重锤，在某一高度上自由落下而对试样进行冲击，通过改变重锤的质量或落下的高度，对一定量的试样进行试验，测出使制品刚刚冲击破坏所需的能量。3.3.1落球、落锤冲击试验方法要点1.仪器主要由落锤、落管、支架及防止二次冲击的落锤捕捉装置构成．落锤的冲头半径合5mm、10mm、30mm。锤的质量有2、3、4、5、10、15kg等不同规格，按不同的制品及要求进行选择，落管选用无剩磁材料，组装后管的纵向方向垂直于地面，并应保证落锤在管中能自由落下，锤体自由落下的过程中，其能量损失应小于5％3.3.1落球、落锤冲击试验方法要点2.试样对于不同的制品，其试样尺寸要求不一样，但都要求试样表面光滑，不得有微小的裂纹或划伤等缺陷。试样的数量按不同测定方法而异，如果是要求取其破坏能，则至少需20个以上的试样，但如果是在某一规定的能量级上测定是否合格的通过法，则只需10个试样。一般地.试样为直径(60±2)mm的圆片或边长(60±2)mm的方片.厚1—4mm.表面光洁,无瑕疵.3.3.2测试方法通过法．采用规定的高度及规定质量的重锤，对10个试样进行冲击，观察试样破坏的情况，如果有9个试样未破坏则合格，低于9个则不合格。3.3.2测试方法梯度法首先用10个试样进行预测试，以估计50％破坏时的冲击能，在此基础上，选择一个接近于使试样冲击破坏的能量，对第一个试样进行冲击，观察试样是否破坏，如已破坏则降低一个能量增值ΔE，对第二个试样进行冲击，如果第二个试样未破坏，则又增大一个ΔＥ．如此反复测试，并且至少对20个试样进行冲击测试。其中能量增值ΔE，可根据预测试的破坏能的5%-15%来确定梯度法实验统计计算M0－实验中最小的落锤质量KgΔM－落锤质量增量,KgH－落锤下落高度m3.4其它冲击实验高速拉伸冲击实验拉伸实验机上用大于500mm/min的速度快速拉伸试样,记录拉伸过程的应力-应变曲线,此曲线下的面积正比于材料的冲击强度.跌落实验在制品中封入一定质量的重物,将此制品从规定高度坠落在混凝土地面上,检查破损情况.测出导致破损的坠落次数或导致破损的最低高度.此方法常用于包装袋、容器、箱体的直接测定。