在测量聚合物塑料、复合材料以及其他材料的冲击强度时，韧性到脆性的转变温度（以下简称：韧脆转变温度）是一项需要考虑的关键参数，尤其是在汽车、航空航天和其他安全性至关重要的应用领域。
落锤冲击试验机根据穿刺试验方法或拉伸冲击试验程序可以分析材料的韧性到脆性的转变。在本文中主要介绍了什么是韧脆转变温度，以及如何使用落锤冲击测试技术对其准确性和重复性进行测试分析。
什么是韧脆转变温度？
聚合物材料的延展性取决于它们在断裂前能吸收多少冲击能量，这一特性被称为韧性。随着温度的降低，材料的韧性降低，直到变脆，这一过程被称为韧性到脆性转变。当材料达到其脆性状态时，它会失去大部分冲击强度，这意味着灾难性失效的可能性呈指数级增加。
在某些应用中，聚合物塑料即使在低温下也必须保持其韧性和延展性。例如，冬季的汽车或高海拔的飞机通常会暴露在零度以下的环境中。因此，这些应用中使用的材料必须在低温下保持韧性，以确保发生碰撞时乘客的安全。
如何计算韧脆转变温度？
穿刺试验法是测量聚合物韧脆转变温度的最简单方法。标准ISO 6603-2（塑料的穿刺冲击行为）和ASTM D3763（塑料的高速穿刺性能）提供了如何对塑料进行穿刺试验的指南。
该过程涉及一个冲击器以特定的冲击能量垂直撞击圆盘或方形试样。由于使用了特定的测压元件，因此可以确定撞击期间材料的吸收能量。此测试通常是用于汽车应用的材料必须显示先进的冲击性能的先决条件。
另外一种确定韧脆转变温度的方法是拉伸冲击试验。该测试须测量在高达20m/s的高速拉伸载荷下断裂试样所需的力。ISO 8256是该方法主要参考标准。
无论选择何种测试方法，测量材料的韧性到脆性转变都需要对样品进行“调节”，使其达到所需的温度。如果没有集成的调节设备，这个过程可能是具有挑战性的。
低温测试时主要挑战有哪些？
通常，在进行穿刺或拉伸测试时，样品在测试前需要在外部低温恒温器中冷却。这个过程有几个缺点：
1、停机时间：每次进行新的测试时，由于必须将样品放置在低温恒温器中，等待其冷却，然后将其加载到冲击测试仪上，因此会耗费时间。
2、准确度：当样品从低温恒温器中取出并装载到冲击测试仪上时，其温度可能略有变化，这可能会影响测试结果的准确度。
3、成本：低温恒温器可能很昂贵，并且需要能源和维护成本。
4、占地面积：低温恒温器的占地面积很大。
有时，实验室使用自制的解决方案来调节已经加载到冲击测试仪上的试样。例如，可以使用管道将来自低温恒温器的冷空气直接吹到样品上。然而，这种方法是能量密集型的，并且不能防止潜在的温度变化，因为试样不在封闭的室内。
幸运的是，还有另一种更有效的低温测试方法——在低温下进行精确的落锤冲击试验。最新的落锤冲击试验机配有可选的集成恒温室，其中包含支撑夹具和试样。通过这种方式，可以在样品已经装载时快速调节样品，从而消除了将样品从低温恒温器转移到测试仪所造成的停机时间。
在-70°C至150°C的温度范围内，先进的落锤机可以在大多数环境条件下测试聚合物塑料。通过集成自动进料系统，可以同时加载多达30个样本，进行无缝测试。
最新的软件解决方案能够在几分钟内设置测试，并可以选择在不同温度下测试不同的样品，而无需每次停止。可以运行多达30个连续测试，温度阶跃变化低至2°C。
另一个显著的好处是，在测试过程中，样品始终处于所需温度，确保结果的最佳准确性和重复性。不必担心将样本从低温恒温器转移到测试仪时可能发生的潜在温度变化。
落锤式or摆锤式冲击测试仪？
摆锤式冲击试验机仍然是测量韧脆转变温度的最常用仪器。这些设备可执行拉伸测试，但与落锤式冲击测试仪相比存在局限性，主要包括以下几个方面：
1、灵活性：摆锤只能进行拉伸测试，而落锤测试仪适用于拉伸和穿刺测试，从而具有更大的灵活性；
2、能量和速度：钟摆只能在固定的冲击能量和冲击速度下测试样品，这取决于所选的锤进行测试，而落锤冲击测试仪可以在广泛而灵活的能量和速度范围内运行测试；
3、温度：与落锤冲击测试仪不同，摆锤没有集成恒温室。
凭借最新的落锤冲击试验机技术，研发部门可以不断创新材料，以实现最佳的延展性和韧性。通过在多种环境条件下测试聚合物、复合材料和其他材料，实验室可以进一步了解材料在低温下的行为，从而找到提高性能的新方法。
