塑料悬臂梁冲击试验方法

冲击强度常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，是塑料材料在工程应用中的一项重要的性能指标，它反映了不同材料抵抗高速冲击而致破坏的能力。为真实反映材料的抗冲击性能，以便更好的研究不同塑料的材料性质、设计相关产品或把控制品质量，需要对塑料进行抗冲击性能试验，也就是测定材料在冲击负荷作用下的冲击强度。目前常用到的测试方法有悬臂梁冲击方法和简支梁冲击方法。下面就首先根据GB/T1843和ISO180来介绍一下塑料悬臂梁冲击试验方法。

一、适用范围与注意事项

1、本方法适用于在确定条件下塑料悬臂梁冲击强度的测定。

2、本方法用于在标准条件下研究规定类型试样的冲击行为，并用于评估试样在试验条件下的脆性和韧性。

3、本方法适用于下述材料∶

①　硬质热塑性模塑和挤塑材料，包括填充和增强复合材料，还有未填充类型的材料;硬质热塑性板材；

②　硬质热固性模塑材料，包括填充和增强复合材料；硬质热固性板材，包括层压板；

③　纤维增强热固性和热塑性复合材料，包括含有单向或非单向的增强材料，如毡、织物、纺织粗纱、短切原丝、复合增强材料、无捻粗纱、磨碎纤维及由预浸料制成的板材；

④　热致液晶聚合物。

4、本方法通常不适用于硬质泡沫材料及含有泡沫材料的夹层结构材料。缺口试样通常不适用于长纤维增强的复合材料或热致液晶聚合物。

5、本方法所需的试样是模塑至所选尺寸的试样，由标准多用途试样（见GB/T 11997）的中部机加工制成的试样，或由成品或半成品，如模塑件、层压板、挤塑或浇铸板材机加工制成的试样。

6、用不同缺口或不同方法制备的试样进行试验，其结果是不可比较的。其他因素，如装置的能量大小、冲击速度和试样的状态调节也会影响试验结果。因此，当需要数据比较时，应仔细地控制和记录这些因素。

二、试验原理

　　　 由已知能量的摆锤一次冲击支撑成垂直悬臂梁的试样，测量试样破坏时所吸收的能量。冲击线到试样夹具为固定距离，对于缺口试样，冲击线到缺口中心线为固定距离。

三、试验设备

1、塑料摆锤冲击试验机

①　万测PIT501J塑料摆锤冲击试验机

　　　 塑料摆锤冲击试验机是对塑料、尼龙、橡胶、玻璃钢、复合塑料管材、电气绝缘材料等非金属材料在动负荷下抵抗冲击性能进行检验的检测仪器。本机按显示方式可分为指针式、液晶式、微机式三种方式，操作简便，工作效率高，既可以做简支梁试验，又可以做悬臂梁试验和拉伸冲击试验，支座调节及更换方便，适用性强，是硬质塑料生产厂家、塑料管材生产厂家、质检单位、科研所等必不可少的检测仪器。

②　万测TestStar®新秀®TSP501J可变角度塑料摆锤冲击试验机

　　　万测TestStar®新秀®TSP501J可变角度塑料摆锤冲击试验机主要用于对金属薄板、塑料、尼龙、橡胶、玻璃钢、复合塑料管材、电气绝缘材料等抗冲击性能试验。该机采用伺服电机驱动自动扬摆、挂摆，自动冲击，冲击试样后再次自动取摆冲击过程并自动采集数据；采用气动刹车及冲击脱销放摆，冲击按钮采用双按钮双手同步操作，具有急停、断电自动刹车等一系列安全性操作设计。编码器采用进口品牌无轴编码器，无摩擦、数据准确、分辨率高。设备除常规的简支梁/悬臂梁冲击试验外亦可根据客户要求做适当的扩展试验功能。


2、测微计和量规

　　　用精度0.02 mm的测微计或量规测量试样的主要尺寸。为了测量缺口试样的bN(如图1示意）尺寸，应在测微计上安装一个测量头，其宽度为 2～3 mm，其剖面应适合缺口的形状。

四、试样制取

1、试样制备


①　模塑和挤塑材料

　　　 材料应按相关的材料标准制备，若没有这种标准或另有规定外，试样应该按GB/T 9352、GB/T 17037.1、GB/T 5471或ISO 10724-1相应的标准直接压塑或注塑，或者由材料压塑或注射的板材机加工而成。试样也可由符合GB/T 11997 A型多用途试样切割而成。

②　板材

　　　 试样应按 ISO 2818由板材机加工而成，尽可能使用A型缺口。测试时，无缺口试样的机加工表面不应处于拉伸状态。

③　长纤维增强材

　　　 应按ISO 1268制成平板或按其他标准方法或协商的方法制备。试样应按ISO 2818机加工而成。
④　检查

　　　 试样不应翘曲、相对表面应互相平行，相邻表面应相互垂直。所有表面和边缘应无刮痕、麻点、凹陷和飞边。

　　　 应用直尺、直角尺和平板目测或用测微计测量试样是否符合上述的要求，如有一项达不到要求，则试样应报废或在试验前加工成符合要求的试样

⑤　缺口的加工

　　　 应按ISO 2818机加工方法制备缺口。切削齿的形状能将试样切削出图3所示的试样缺口形状，切削齿的剖面应与其主轴成直角。缺口的形状应定期检查。

　　　 如果受试材料有规定，可使用模塑缺口试样，测试结果同机加工缺口试样结果不可比。缺口的形状应定期检查。

2、各向异性材料

　　 某些板材随板材方向的不同，可能具有不同的冲击性能。对于这种板材应按平行和垂直某一特征方向分别切取一组试样。板材的特征方向可目视观察或由生产方法推断。

3、形状和尺寸

①　通则

　　　试样尺寸见表1。需要时，使用可对称地将试样的长度减至63.5 mm。缺口的纵向总是平行于厚度 h。

②　模塑和挤塑材料

　　　 按表1的规定及图3所示，试样应使用一种类型的缺口，缺口应处于试样的中间。优选的缺口类型是A型，如果要获得材料缺口敏感性的信息，应试验A型和B型缺口的试样。

③　板材，包括长纤维增强的材料

　　　 推荐的厚度h为4mm，如果试样是从板材或构件上切取的，其厚度应与板材或构件的原厚相同，至多不超过10.2 mm。

　　　 当板材的厚度均匀，并且只含有一种规则分布的增强料，当其厚度大于10.2 mm时，则从板材一面机加工到10.2mm±0.2mm。试验无缺口试样，为了避免表面的影响，试验中应使试样原始表面处于拉伸状态。

　　　 试验时冲击试样的侧面，冲击方向平行于板平面，只是在h=b=10 mm时，才可平行或垂直于板面进行试验

4、试样数量

　　　除受试材料标准另有规定，一组试样应为10个。当变异系数（见ISO 2602）小于5％时，测试5个试样即可。

　　　如果在垂直和平行方向试验层压材料，则每个方向应试验10个试样。

5、状态调节

　　 除非受试材料标准另有规定，试验应按GB/T 2918在23℃和50％相对湿度下至少状态调节16 h，或按有关各方协商的条件。缺口试样应在缺口加工后计算状态调节时间。

五、试验步骤

1、除有关方面同意采用别的条件，如在高温或低温下试验外，都应在与状态调节相同的环境中进行试验。

2、测量每个试样中部的厚度h和宽度b或缺口试样的剩余宽度bN，精确至0.02 mm。试样是注塑时，不必测量每一个试样尺寸。只要确保是表1所列出的尺寸，一组中只测量一个试样即可。使用多模腔模具时，要保证每个模腔中试样的尺寸都是相同的。

3、确定试验机是否有规定的冲击速度和合适的能量范围，冲断试样吸收的能量应在摆锤标称能量10％至80％范围内。如果不止一个摆锤符合这些要求，应选择其中能量*大的摆锤。

4、按GB/T 21189测定摩擦损失和修正的吸收能量。

5、抬起并锁住摆锤，按如图2所示安装试样，注意某些塑料对夹持力很敏感，当试验这类材料时，应以标准化的夹持力方式，并在试验报告中注明夹持力的大小。可采用经校准的转矩扳手或在虎钳加紧的螺丝上配以气动或液压装置来控制夹持力。当测定缺口试样时，缺口应在摆锤冲击刃的一侧。


6、释放摆锤，记录被试样吸收的冲击能量，并对其摩擦损失等进行必要的修正。 7、用以下字符命名冲击的四种类型：

C——完全破坏∶试样断开成两段或多段。

H——铰链破坏∶试样没有刚性的很薄表皮连在一起的一种不完全破坏。

P——部分破坏∶除铰链破坏外的不完全破坏。

N——不破坏∶未发生破坏，只是弯曲变形，可能有应力发白的现象产生。

六、试验结果计算和表示

1、无缺口试样

2、缺口试样

　　 缺口试样悬臂梁冲击强度aiN按式（2）计算，单位为千焦每平方米（kJ/m2）：


3、统计参数

　　 计算试验结果的算术平均值，如果需要，可按ISO 2602给出的方法计算平均值的标准偏差。一组试样出现不同类型的破坏时，应给出相关类型的试验数目及计算各类型的平均值。

4、有效数字

　　　计算一组试验结果的算术平均值，取两位有效数字。