高分子聚合物冲击性能的测试

（一）简支梁冲击实验

对硬质高分子材料施加一次冲击负荷使试样破坏，记录下试样破坏时或过程中单位试样截面积所吸收的能量，即冲击强度，来衡量材料冲击韧性。简支梁梁冲击实验(GB1093)是其中的一种。所有的冲击实验均应按GB 2918规定，在（23 ℃）、常湿下进行试样环境调节，调节时间不少于4h.

一、实验设备及原材料

（1）实验设备: 摆动撞击试验机实验机为摆锤式，并由摆锤、试样支座、能量指示机构和机体等主要构件组成能量指示试样破坏过程中所吸收的冲击能量。

（2）原材料试样：注塑标准件，属于I型，对应尺寸长度l =120mm 2,宽度b=15 0.5mm,厚度d=10 0.5mm,以及相对相应的支撑线间距离为70mm.

二、实验步骤

（1）分别测量无缺口试样中部边缘和试样端部中心位置的宽度和厚度，并取其平均值为试样的宽度和厚度。准确至0.02mm。

（2）根据试样破坏时所需的能量选择摆锤，使消耗的能量在摆锤总能量的10％～85%范围内。若符合这一能量范围不止一个摆锤时应该用最大能量的摆锤。

（3）调节能量度盘指针零点，使它在摆锤处于起始位置时与主动针接触。进行空白实验，保证总摩擦损失不超过规定值。

（4）抬起并锁住摆锤，把试样按规定放置在两支撑块上，试样支撑面紧贴在支撑块上，使冲击刀刃对准试样中心。

（5）平稳释放摆锤，从度盘上读取试样吸收的冲击能量。

（6）试样无破坏的冲击值应不作取值，实验记录为不破坏或NB。试样完全破坏或部分破坏可以取值。

（7）如果同种材料观察到一种以上的破坏类型，须在报告中表明每种破坏类型的平均冲击值和试样破坏的百分数。不同破坏类型的结果不能进行比较。

（1）在实验中有哪些因素会影响测定结果？

答：样条的制备或切取过程的参数，如切割的速率、刀具的锐角；测量过程旋转轴心到摆锤打击中心的距离与旋转轴心至试样中心距离之差的大小；摆锤瞎掰时刀刃通过两支座间中央偏差的大小；刀刃打击试样平面时的接触线与试样长轴线的垂直度；试样支座是否水平；机体的质量是否足够；测试时瞬间的风速等。

（2）缺口试样与无缺口试样的冲击实验现象有何不同？哪些试样应采用缺口试样或有无缺口试样都应测试？

答：无缺口试样断裂面在中间部位剪切应力最大在此断裂，而缺口试样则是在缺口应力集中且受剪切应力最大在此处断裂，同种材料，几何形状相同的样条无缺口试样的冲击强度比缺口试样大，实验中可以看到仪器读数不同；试样可用带缺口的和无缺口的两种。采用带缺口试样的目的是使缺口处试样的截面积大为减小，受冲击时，试样断裂一定发生在这一薄弱处，所有的冲击能量都能在这局部的地方被吸收，从而提高试验的准确性。

这种情况下，计算冲击强度时，试样的厚度d指的是缺口处试样的剩余厚度。在使用过程，容易受到冲击的材料，缺口试样的冲击强度比较重要，另外在受到冲击过程容易产生大量银纹的材料也要测缺口冲击强度。

一、分析讨论

材料的抗冲强度是一个工艺上很重要的指标，是材料在高速冲击状态下的韧性或对断裂抵抗能力的量度。与材料的其他极限性能不向，它是指某一标准试样在断裂时单位面积上所需要的能量，而不是通常所指的“断裂应力”。其值与高速拉伸应力—应变曲线下的面积成正比。抗冲强度不是材料的基本参数，而是一定几何形状的试样在特定试验条件下韧性的一个指标。冲击韧性值是反映材料抵抗冲击载荷的综合性能指标，它随着试样的绝对尺寸﹑缺口形状﹑试验温度等的变化而不同。缺口试样的制取，影响到材料的应力集中情况，温度上升，冲击性能变好。

（二）悬臂梁梁冲击实验

对硬质高分子材料施加一次冲击负荷使试样破坏，记录下试样破坏时或过程中单位试样截面积所吸收的能量，即冲击强度，来衡量材料冲击韧性。悬臂梁冲击实验(GB1043)是其中的一种。所有的冲击实验均应按GB 2918规定，在（23 ℃）、常湿下进行试样环境调节，调节时间不少于4h.

一、实验设备及原材料

（1）实验设备

悬臂梁冲击机，型号UJ-40冲击试验机 40.10公斤/厘米河北省承德市材料试验机厂；摆锤式悬臂梁冲击实验机具有刚性结构，能测量破坏试样所吸收的冲击能量W，其值为摆锤初始能量与摆锤在破坏之后剩余能量的差。

摆锤冲击刃是半径为（0.8 0.2）mm的圆柱面。

试样支座为固定夹具和活动夹具组成的虎钳。

XQZ-1缺口制样机，承德市金建检测仪器制造厂

（2）实验原料: 样条宽b=10mm 长80mm。

二、实验步骤

（1）制作试样，用缺口制样机切出2mm的切口；

（2）测量试样中部厚度或缺口试样剩余宽度b , 精确到0.02mm

（3）检查实验机是否有规定的冲击速度和正确的能量范围，破断试样吸收的能量在摆锤容量的10％至80％范围内。若有几个摆锤都能满足这些要求时，应选择其中容量最大的摆锤。

（4）进行空实验，记录所测得的摩擦损失，该能量损失不得超过规定的值。

（5）抬起并锁住摆锤，把试样放在虎钳中，按要求夹住试样。测定缺口试样时，缺口应摆在冲击刃的一边。

（6）释放摆锤，记录试样所吸收的重机能，并对其摩擦损失进行修正

（7）计算并求平均值

注意事项：

（1）影响悬臂梁冲击实验结果误差因素有哪些？

答：缺口试样的形状与标准试样的偏差；缺口加工刀尖的精度及进给的速率，测试的精度；样条制备和缺口加工时对材料内应力的影响；摆锤冲击实验机的精度，读数的误差大小；测试环境与标准的偏差等；

（2）正置缺口和反置缺口冲击的区别是什么？如何确定使用何种方式进行冲击？

答：正置缺口摆锤刃直接冲击缺口，反置缺口则是从背面冲击缺口；反置冲击强度可能比较小，因为反置时，缺开的应力集中更大；取决于材料实际的使用环境；

（3）如果试样上的缺口是机械加工而成，加工过程中，哪些因素会影响测定结果？如何影响？

答：缺口加工刀尖的精度，精度高误差小；进给的速率大，易使缺口变形，精度变低；主动速度大而进给速度小，材料受力比较均匀变形量减少；

（4）悬臂梁和简支梁冲击时，试样受到的作用力有和区别？选择使用使用这两种方法的依据是什么？

答：悬臂梁一端为固定支座，另一端自由的梁，在固定支座处受到的弯矩最大；简支梁一端为铰支座，另一端为可动铰支座的梁，在两支座中间受到的弯矩最大；实际使用过程作为悬臂梁使用的应采用悬臂梁冲击试验，作为简支梁使用的应采用简支梁冲击试验。

高分子材料冲击试验使用的样条从不同的方向选取，这是应为高分子的聚集态有晶态和非晶态之分，高聚物的形态比小分子形态的有序程度差很多，存在很多缺陷，但高聚物的非晶态却比小分子液态的有序程度高，这是因为高分子的长短是由结构单元通过化学键联结而成的，所以沿着主链方向的有序程度必然高于垂直于主链方向的又序程度，尤其是经过受力变形后的高分子材料更是如此，因此实验至少两方向选取原材料样条，且需保证缺口加工过程变形范围足够窄。