高分子材料沖擊試驗

1、七、咼分子材料沖擊試驗7.1實驗目的(1) 熟悉高分子材料沖擊性能測試的原理、 方法、操作及其實驗結果處理；(2) 了解測試條件對測定結果的影響。7.2 實驗原理對硬質高分子材料試樣施加一次沖擊負荷使試樣破壞，記錄下試樣破壞時或 過程中單位試樣截面積所吸收的能量，即沖擊強度，來衡量材料沖擊韌性。根據實驗中試樣受力形式和沖擊物的幾何形狀，板、條試樣的沖擊實驗方法可分為： 簡支梁沖擊實驗(GB1093、懸臂梁沖擊實驗(GB1043和落錘式沖擊實驗(GB11548-89。所有沖擊實驗均應按GB2918規(guī)定，在(23± 2C)、常濕下進行 試樣環(huán)境調節(jié)，調節(jié)時間不少于 4h。7.3 簡支梁沖

2、擊實驗(1、原材料試樣 注塑標準試樣 試樣表面應平整、無氣泡、裂紋、分層和明顯雜志。缺口 試樣缺口處應無毛刺。試樣類型和尺寸以及相對應的支撐線間的距離見表7-1。試樣的缺口類型和缺口尺寸見表7-2。試樣的優(yōu)選類型為I型。優(yōu)選的缺口類型為 A型。表7-1試樣類型和尺寸以及相對應的支撐線間的距離(mr、i試樣類 型長度1寬度b厚度d支撐線 間距離L基本尺寸極限偏差基本尺 寸極限偏差基本尺 寸極限偏差1 180± 210± 0.54± 0.2:60250± 16± 0.24± 0.2403120± 215± 0.510&

3、#177; 0.5704125± 213± 0.513± 0.595表7-2缺口類型和缺口尺寸(mm試樣類型缺口類型缺口剩余 厚度dk缺口底部圓弧半徑r缺口寬度n基本尺寸極限偏差基本尺寸極限偏差1-4AB0.8d0.251.0± 0.051、3C2d< 0.12± 0.22C30.8± 0.1注：A型、B型、C型缺口的形狀和尺寸分別見圖 7-1圖7-3圖7-1 A型缺口試樣圖7-2 B型缺口試樣二L1尸W0 I圖7-3 C型缺口試樣 板材試樣 板材試樣厚度的313mn之間時取原厚。大于13mm寸應從兩面 均勻地進行機械加工到10

4、± 0.5mm 4型試樣厚度須加工到13mm當使用非標準厚度試樣時，缺口深度與試樣厚度尺寸之比也應分別滿足表7-2的要求。當厚度小于3mm的試樣不做沖擊實驗。（2）試樣制備 模塑料或擠出料 按受試材料的產品標準規(guī)定制備試樣。若產品標準沒有 規(guī)定，可按GB5471和GB9352制備試樣。丨型試樣可以從標準多用途試樣上切取。 板材 板材試樣是將板材進行機械加工制備。 試樣缺口可在銑床、刨床或專用缺口加工機上加工。加工刀具應無傾角，工作后角為15°20°。推薦刀尖線速度約為90185m/min,進給速率為10130mm/min。檢查刀具的銳度，如果半 徑和外形不在規(guī)定范

5、圍內，應以新磨的刀具更換。 層壓材料壓層材料應在使沖擊方向垂直于層壓方向（板面方向）和平行于層壓方向（板邊方向）上各切取一組試樣。如果受試材料的產品標準有規(guī)定，可用帶模塑缺口的試樣。模塑缺口試樣和 機械加工缺口的試樣實驗結果不能相比。除受試材料的產品標準另有規(guī)定外，每組試樣數應不少于10個。各向異性材料應從垂直和平行于主軸的方向上各切取一組試樣。本次 試驗試 樣是用 多型腔 模具注 塑成型 的共聚 聚丙烯 (CPP,MFR=15g/10min)長條試樣作為無缺口試樣，在 CPP長條試樣上用機械 加工方法銑出U形缺口的長條作為缺口簡支梁沖擊試樣。(3) 實驗設備 實驗機 實驗機應為擺錘式，并由擺

6、錘、試樣支座、能量指示機構和機體 等主要構件組成。能指示試樣破壞過程中所吸收的沖擊能量。實驗機應具備表7-3所示的特性參數。并應定期由國家計量部門對這些參數 進行檢定。表7-3擺錘沖擊實驗機特性參數沖擊冃匕量/J沖擊速度允許最大摩擦損失/%校正后允差/J基本速度/(m/s)極限偏差/%0.52.9± 1040.011.020.012.010.014.00.50.027.50.0515.03.8± 100.50.0525.00.1050.00.10 擺體擺體是實驗機的核心部分，它包括旋轉軸、控桿、擺錘和沖擊刀刃 等部件。旋轉軸心到擺錘打擊中心的距離與旋轉軸心至試樣中心距離應一

7、致， 兩 者之差不應超過后者的土 1%沖擊刀刃規(guī)定夾角為30°± 1°，端部圓弧半徑為(2.0 ± 0.5)mm擺錘下擺時，刀刃通過兩只座間的中央偏差不得超過土 0.2mm 刀刃應與試樣的打擊面接觸。接觸線應與試樣長軸線相垂直，偏差不超過土 2°。 試樣支座 為兩塊安裝牢固的支撐塊，能使試樣成水平，其偏差在1/20以內。在沖擊瞬間應能使試樣打擊面平行于擺錘沖擊刀刃，其偏差在1/200以內。兩支撐塊的位置應可調節(jié)，其間隔應能足表 1的要求。支撐刃前角為5°。 后角為10°± 1°，端部弧半徑為1mm標準試樣

8、沖擊刀刃和支座尺寸相互關系 見圖7-4。A -A圖7-4 標準試樣的沖擊刀刃和支座尺寸1試樣；2沖擊方向；3沖擊瞬間擺錘位置；4一下支座；5沖擊刀刃；6支撐塊 能量指示機構能量指示機構包括指示度盤和指針。應為亮度盤的摩擦、 風阻損失和示值誤差做標準的校正。 機體 機體為剛性良好的金屬框架，并牢固地固定在質量至少為所用最重 擺錘質量40倍的基礎上。（4）實驗步驟 對于無缺口試樣，分別測量試樣中部邊緣和試樣端部中心位置的寬度和厚度，并取其平均值為試樣的寬度和厚度。準確至0.02mm缺口試樣應測量缺口處的剩余厚度，測量時應在缺口兩端各測一次，取其算術平均值。 根據試樣破壞時所需的能量選擇擺錘，使消耗

9、的能量在擺錘總能量的 10%85%范圍內。若符合這一能量范圍的不止一個擺錘時，應該用最大能量的擺錘。 調節(jié)能量度盤指針零點，使它在擺錘處于起始位置時與主動針接觸。進行 空白實驗，保證總摩擦損失不超過表 7-3的數值。 抬起并鎖住擺錘，把試樣按規(guī)定放置在兩支撐塊上，試樣支撐面緊貼在支 撐塊上，使沖擊刀刃對準試樣中心，缺口試樣刀刃對準缺口背向的中心位置。 平穩(wěn)釋放擺錘，從度盤上讀取試樣吸收的沖擊能量。 試樣無破壞的沖擊值應不作取值，實驗記錄為不破壞或NB試樣完全破壞或部分破壞的可以取值。 如果同種材料可以觀察到一種以上的破壞類型， 須在報告中標明每種破壞 類型的平均沖擊值和試樣破壞的百分數。不同破

10、壞類型的結果不能進行比較。（5）實驗結果計算和表示103 無缺口試樣簡支梁沖擊強度a（ kJ/m2）(7-1)式中A 試樣吸取的沖擊能量，J ；b試樣寬度，mmd試樣厚度，mm 缺口試樣簡支梁沖擊強度ak （ kJ/m2）akAkb dk(7-2)式中 Ak缺口試樣吸收的沖擊能量，J ；b試樣寬度，mmd k缺口試樣缺口處剩余厚度，mm 標準偏差SsXT2(7-3)式中X 單個測定值；X 一組測定值的算術平均值;n 測定值個數。變異系數CV%(7-4)SCV100%X如果需要計算相對沖擊強度，其結果以百分比表示 計算10個試樣實驗結果的算術平均值、標準偏差和變異系數。全部計算結果以兩位有效數字

11、表示。（6）實驗報告 材料名稱、規(guī)格、來源、制造廠家。 試樣的制備及缺口加工方法、取樣方向 試樣的類型、尺寸和缺口類型。 試樣狀態(tài)調節(jié)。 擺錘的最大能量、沖擊速度。 缺口試樣或無缺口試樣沖擊強度的算術平均值、標準偏差和變異系數。 試樣的破壞類型及試樣破壞百分率。 如果同樣材料觀察到一種以上的破壞類型，須報告每種破壞類型的平均沖 擊值及破壞百分率。 解答思考題。（7）思考題 在實驗中哪些因素會影響測定結果？ 缺口試樣與無缺口試樣的沖擊實驗現象有何不同？哪些試樣材料應采用 缺口試樣或有無缺口兩種試樣都應測試？7.4 塑料懸臂梁沖擊實驗（1）原材料試樣 最佳試樣為I型試樣，長L=80mm寬b=10.

12、00mm 模塑和擠塑料 應采用A型或B型缺口試樣，如表7-4和圖7-5所示。最 佳缺口為A型土，如果要獲得材料對缺口敏感性的信息， 應實驗A型和B型缺口 試樣。表7-4方法名稱、試樣類型、缺口類型和尺寸方法名稱試樣類型缺口類 型缺口底部半徑m/mm缺口底部的剩余寬度bJmmGB1843/1UGB1843/1AI無缺口A0.25 ± 0.058.0 ± 0.2GB1843/1BB1± 0.058.0 ± 0.245*±r45*±rA型缺口 B 型缺口缺口底部半徑 rN= (0.25 ± 0.05 ) mm缺口底部半徑rN= (

13、1 ± 0.05) mm圖7-5 缺口半徑除受試材料標準另有規(guī)定，一組應測試 10個試樣，當變異系數小于5%寸, 測試5個試樣。 試樣制備a.試樣制備應按照GB5471 GB9352或材料有關規(guī)范制備試樣。I型試樣可 按GB11997方法制備的A型試樣的中部切取。b板材用機械加工制備試樣應盡可能采用A型缺口的I型試樣。無缺口試樣的機加工面不應面朝沖錘。c.各向異性的板材需從板材的縱橫兩個方向各取一組試樣。d試樣缺口可在銑床、刨床或專用缺口加工機上加工。切削齒的形狀應能將試樣切削出圖7-5所示缺口的形狀，切削齒的剖面應與它的主軸線垂直。 推薦 刀尖線速度為90185m/min,進給率為

14、10130mm/min。檢查刀具的銳度，如果 刀尖半徑和形狀不在規(guī)定的范圍內，要及時更換刀具。如果受試材料規(guī)定，可使用模塑缺口試樣，測試結果同機加工試樣測試結果 不可比。本次實驗試樣是用多型腔模具注塑成型的共聚聚丙烯(CPP， MFR=15g/10min)長條試樣經機械加工方法銑出 V型缺口的長條作為缺口懸臂 梁沖擊試樣。(2) 實驗設備 實驗機擺錘式懸臂梁沖擊實驗機應具有剛性結構，能測量破壞試樣所吸 收的沖擊能量W其值為擺錘初始能量與擺錘在破壞試樣之后剩余能量的差。應對該值進行摩擦和風阻損失的校正（見表7-5 ）。表7-5擺錘沖擊實驗機的特性能量E （公稱的）/J沖擊速度V0/ （m/s）無

15、試樣時的最大摩擦損失/J有試樣經校正后的允許誤差/J1.03.5 (± 10%0.020.012.750.030.015.50.030.0211.00.050.0222.00.100.10 擺錘 擺錘轉軸中心應水平，沖擊刃是半徑為（0.8 ± 0.2）mm勺圓柱面 沖擊刃的軸線應水平，并垂直于擺錘的運動平面。擺錘在整個沖擊過程中應與試 樣的整個被沖擊面接觸。其接觸線應與試樣的縱軸線垂直，偏差在土 2°范圍內 擺錘旋轉軸到試樣中心沖擊點之間的距離應在± 1%勺范圍內擺長Lp（m可由擺錘小振幅振動周期 t實驗測定，按下式計算：Lp =聖 T2(7-5)4兀式

16、中g n自由落體的標準加速度（其值為 9.81m/s2）, m/s2;T擺錘往復一次擺動的時間，可由至少50次連續(xù)擺動來確定（已知精度為1/2000 ,擺動角度離開中心每側應小于 5°）。圖 7-6 缺口試樣沖擊處、虎鉗支座、試樣及沖擊刃位置圖1沖擊刃半徑 R1=（0.8 ±0.2 ）mm； 2 一與試樣接觸的夾具面；3一夾具棱圓角半徑 R2=（0.2 ±0.1 ）mm 試樣支座 為固定夾具和活動夾具組成的虎鉗。 夾具的夾持面應平行， 偏 差在± 0.025mm 以內?；Q所夾持的試樣長軸線鉛直，與虎鉗頂面垂直（見圖 7-6）?；Q夾具的頂棱圓角半徑為（

17、0.2 ± 0.1 ） mm當缺口試樣夾在虎鉗中時， 其頂部平面即為缺口角平分面，偏差在 0.2m m以內。調整虎鉗，使試樣位于沖擊刀刃的中心，偏差在土0.5mm以內，并且刀刃中心離虎鉗頂面的距離為22± 0.2mm應避免虎鉗在夾持試樣和實驗過程中產生松 動。3）實驗步驟除有關方面同意采用別的條件如在高溫或低溫實驗外，相同的環(huán)境中進行實驗。都應在與狀態(tài)調節(jié)測量每個試樣中部的厚度和寬度或缺口試樣的剩余寬度bN,精確到0.02mm。檢查實驗機是否有規(guī)定的沖擊速度和正確的能量范圍，破斷試樣吸收的能量在擺錘容量的 10%至 80%范圍內。若表 7-3 所列的擺錘中有幾個都能滿足這些

18、要求時，應選擇其中能量最大的擺錘。 進行空白實驗， 記錄所測得的摩擦損失， 該能量損失不得超過表 7-5 規(guī)定 的值。如果摩擦損失小于或等于表 7-5 所規(guī)定的值，此值才可用在修正吸收能量的 計算中，如果超過表 7-5 所規(guī)定的值，就應仔細檢查其原因并對實驗機進行校正。 抬起并鎖住擺錘， 把試樣放在虎鉗中， 按圖7-6所示的要求夾住試樣 （也 稱正置試樣沖擊） 。測定缺口試樣時，缺口應在擺錘沖擊刃的一邊。 釋放擺錘， 記錄試樣所吸收的沖擊能， 并對其摩擦損失等進行修正 （見表 7-5）。 試樣可能會有四種破壞類型，完全破壞（試樣斷開成兩段或多段） 、鉸鏈 破壞（斷裂的試樣由沒有剛性的很薄表皮連

19、在一起的一種不完全破壞） 、部分破 壞（除鉸鏈破壞外的不完全破壞） 和不破壞。 測得的完全破壞和鉸鏈破壞的值用以計算平均值。在部分破壞時，如果要求部分破壞的值，則以字母P表示。完全不破壞時以NB表示，不報告數值。 在同一樣品中，如果有部分破壞和完全破壞或鉸鏈破壞時，應報告每種破壞類型的算術平均值。 將試樣用反置沖擊方式，重復實驗步驟至。（4）實驗結果計算和表示 無缺口試樣懸臂梁沖擊強度 a.（ kJ/m2）W 3 aiu10 （ 7-6）h b式中 W 破壞試樣所吸收并經過修正后的能量，J；h試樣厚度，mmb試樣寬度，mm 缺口試樣懸臂梁沖擊強度 aiN（ kJ/m2）W 3aiN103（ 7

20、-7）h bN式中W破壞試作所吸收并經修正后的能量，J;h 試樣厚度，mmb n 試樣缺口底部的剩余寬度， mm 計算一組實驗結果的算術平均值，取兩位有效數字。在一種樣品中存在不同的破壞類型時，應注明各種破壞類型試樣數目和算術 平均值。 標準偏差s(7-8)式中 s標準偏差；Xi單個測定值；X組測定值的算術平均值；n 測定個數。（5）實驗報告 實驗報告應包括下列內容: 材料的名稱、型號、來源、制造代號、等級、形式等； 沖擊速度； 擺錘公稱能量； 試樣的制備方法； 如果材料為成品或半成品，應注明試樣在成品或半成品中的方位； 試樣數目； 試樣狀態(tài)調節(jié)和實驗的標準環(huán)境， 以及受試材料或產品標準所要求

21、的特殊 處理； 觀察到的破壞類型； 單個實驗結果； 懸臂梁沖擊強度的算術平均值并報告破壞類型；如果有要求時，報告平均值的標準偏差及 95汕信區(qū)間；實驗日期及實驗人員；解答思考題。（6）思考題 影響懸臂梁沖擊實驗結果誤差的因素有哪些？ 正置缺口和反置缺口沖擊的區(qū)別是什么？如何確定使用何種方式進行沖 擊？ 如果試樣上的缺口是機械加工而成， 加工缺口過程中， 哪些因素會影響測 定結果？如何影響？ 懸臂梁和簡支梁沖擊時， 試樣受到的作用力有何區(qū)別？選擇使用這兩種方 法之一的依據是什么？7.5 落錘沖擊實驗落錘沖擊實驗適用于硬質塑料管材、 管件、異型材、板材及硬質塑料零部件。 其具體方法分為A法和B法兩

22、種。A法又稱通過法，是采用一定質量的落錘在規(guī) 定高度下沖擊試樣，一般用于產品的質量控制。 B法又稱梯度法，是用變換沖擊 高度或落錘質量沖擊試樣的方法而獲得沖擊破壞能。（1）原材料試樣 試樣形狀及尺寸a. 管材 管材公稱外徑小于或等于75mm寸，從五根管上沿長度方向分別截 取150mn長的試樣。公稱外徑大于75mm寸，從五根管材上沿長度方向分別截取 200mn長的試樣。b. 板材 五塊板材上距邊緣不小于100mn處分別截取200mm*200m的正方 形試樣。厚度為板材原厚。c. 異型材 從五根異型材上沿擠出方向各截取 200mm長的試樣。d. 管件及硬質塑料零部件保持原形狀的整體試樣。 試樣制備

23、 試樣不得有裂紋， 端口平整， 對管材和異型材試樣， 兩端應與 軸線垂直切平。通過法試樣數需 10個。梯度法試樣數需 25個以上。 試樣狀態(tài)調節(jié)與實驗的標準環(huán)境如下：a按GB2918中規(guī)定的標準環(huán)境與正常偏差范圍進行調節(jié)， 時間不小于48h, 并在此環(huán)境下進行實驗。b.試樣需進行高低溫沖擊實驗時，可按產品標準中的有關規(guī)定或用戶要求 的實驗條件進行。沖擊試樣離開預處理環(huán)境狀態(tài)后 15s 內完成。本次實驗試樣是用熱塑性塑料模壓成型制備的PVC板材機械加工而成。（2）實驗設備 落錘式沖擊實驗機 符合 ZB N72 027 要求的各種落錘式沖擊實驗機。 落錘 落錘質量分為 0.5kg 、1kg、2kg

24、、3kg、4kg、5kg、6kg、8kg、10kg、 15kg，錘頭半徑分為30mm 10mm 5mm3中。 夾具管材試樣采用V形夾具，夾角為120°，長度200mm使試樣穩(wěn)固地夾在V 形槽內。板材或異型材等所用夾具形狀不作具體規(guī)定。但必須保證以下幾點。a. 夾具必須能夠將試樣夾緊，保證其在受沖擊時不發(fā)生位移；b. 夾具夾緊點必須與支承點重合，夾力不可過大，以免試樣變形；c. 夾具裝上后的中心線必須與落錘中心線重合，其誤差不得大于2.5mm（3）實驗步驟將試樣水平放置在夾具上。有困難時，可采用墊片等加以調整、固定。 采用A法時，按產品標準中規(guī)定的沖擊高度及落錘質量對10個試樣依次進行

25、沖擊。 采用B法時，首先確定初始沖擊高度和落錘質量。 實驗時，第一個試樣若 未被破壞，測第二個試樣時，高度增高一個增量 d（m）0若第一個試樣已破壞，高度則下降一個，增量d （ m。直至試樣達到50液壞時為止。每組試樣至少20 個。 對管材或對稱管件，沿圓周方向沖擊，沖擊點選在垂直直徑的頂部。對板材試樣選在中心部位。對于不對稱管件或異型材用一半試樣先沖擊一面，剩下一半再沖擊另一面。每個試樣只允許沖擊一次。試樣受沖擊后造成的裂紋和破碎均 為破壞。（4）實驗結果表述 通過法 按產品標準中有關規(guī)定處理。若無規(guī)定，10個試樣中有6個以 上不破壞為合格。 梯度法a. 50%中擊破壞高度H5oZ （I n

26、i）1'/H50 =H!土一卜（7-9）N 2式中H 5050%中擊破壞高度，mh i實驗初始高度（預測的實驗破壞高度）m d每次升降的實驗高度，mni 各實驗高度已破壞（或未破壞）的試樣數；I 設H為0時，逐個增減的高度水準（匸 -3，-2，-1，0, 1, 2, 5 ）;N已破壞（或未破壞）試樣之總數（N=E nJ;± 1/2 使用已破壞的數據時取負號，使用未破壞的數據時取正號。b. 50%中擊破壞能 EE50 = m g H50（7-10）式中 E 5050%中擊破壞能，J ;m 落錘質量，kg；g重力加速度，9.81m/s2;E 5050%中擊破壞高度，m。c. 50

27、%中擊破壞高度的標準偏差S(7-11)S=d a式中s 標準偏差，md 每次升降的實驗高度，m由（4）式求出M值，再查“ a值表”，見表7-6(7-12)表7-6 a值表M0.000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.300.51020.53160.55180.57110.58970.60770.62530.64260.65970.67650.400.69320.70980.72630.74270.75910.77540.79170.80790.82420.84050.500.85670.87290.88920.90540.92160.93790.9541

28、0.997030.98661.00280.601.01901.03531.05151.06771.08391.10011.11641.13261.14881.16500.701.18121.19741.21351.22971.24591.26211.27831.29441.31061.32670.801.34291.35901.37521.39131.40751.42361.43971.45591.47201.48810.901.50431.52041.53651.55261.56871.58481.60091.61701.63311.64921.001.66531.68141.69751.7

29、1351.72941.74571.76181.77791.79391.81001.101.82611.84221.85821.87431.89041.90641.92251.93861.95461.97071.201.98672.00282.01882.03492.05092.06702.08302.09912.11512.13121.302.14722.16332.17932.19532.21142.22742.24352.25952.27552.29161.402.30762.32362.33972.35572.37172.38782.40382.41982.43582.45191.502.46792.48392.49992.51592.53202.54802.56402.58002.59602.61211.602.62812.64412.66012.67612.69212.70822.72422.74202.