高分子材料摆锤冲击强度的测定
抗冲强度(冲击强度)是材料突然受到冲击而断裂时,每单位横截面上材料可吸收的能量的量度。它反映材料抗冲击作用的能力,是一个衡量材料韧性的指标。冲击强度小,材料较脆。
国内对塑料冲击强度的测定一般采用简支梁式摆锤冲击实验机进行。试样可分为无缺口和有缺口两种。有缺口的抗冲击测定是模拟材料在恶劣环境下受冲击的情况。
冲击实验时,摆锤从垂直位置挂于机架扬臂上,把扬臂提升一扬角α,摆锤就获得了一定的位能。释放摆锤,让其自由落下,将放于支架上的样条冲断,向反向回升时,推动指针,从刻度盘读数读出冲断试样所消耗的功A,就可计算出冲击强度:
(公斤•厘米/厘米2)
b、d分别为试样宽及厚,对有缺口试样,d为除去缺口部分所余的厚度。从刻度盘上读出的数值,是冲击试样所消耗的功,这里面也包括了样品的"飞出功",以关系式表示为:
W为摆锤重,L为摆锤摆长,α、β分别为摆锤冲击前后的扬角;A为冲击试样所耗功;Aα、Aβ分别为摆锤在α、β角度内克服空气阻力所消耗的功;为“飞出功”,一般认为后三项可以忽略不计,因而可以简写成:
对于一固定仪器,α、W、L均为已知,因而可据β大小,绘制出读数盘,直接读出冲击试样所耗功。实际上,飞出功部分因试样情况不同,试验仪器情况不同而有较大差别,有时甚至占读数A的50%。脆性材料,飞出功往往很大,厚样品的飞出功亦比薄样大。因而测试情况不同时,数值往往难以定量比较,只适宜同一材料,同一测定条件下的比较。
试样断裂所吸收的能量部分,表面上似乎是面积现象,实际上它涉及到参加吸收冲击能的体积有多大,是一种体积现象。若某种材料在某一负荷下(屈服强度)产生链段运动,因而使参与承受外力的链段数增加,即参加吸收冲击能的体积增加,则它的冲击强度就大。
脆性材料一般多为劈面式断裂,而韧性材料多为不规整断裂,断口附近会发白,涉及的体积较大。若冲击后韧性材料不断裂,但已破坏,则抗冲强度以“不断”表示。
因为测试在高速下进行,杂质、气泡、微小裂纹等影响极大,所以对测定前后试样情况须进行认真观察。
仪器与试样
摆锤冲击试验机
聚丙烯、聚氯乙烯样条
(1)试样长120±2mm,宽15±0.2mm,厚10±0.2mm。缺口试样:缺口深度为试样厚度的1/3,缺口宽度为2±0.2mm,缺口处不应有裂纹。
(2)每个样品样条数不少于5个。
(3)单面加工的试样,加工面朝冲锤,缺口试样,缺口背向冲锤,缺口位置应与冲锤对准。
(4)热固性材料在25±5℃,热塑性塑料在25±2℃,相对湿度为65±5%的条件下放置不少于16小时。
(5)凡试样不断或断裂处不在试样三等分中间部分或缺口部分,该试样作废,另补试样。
测试步骤
据材料及选定试验方法,装上适当的摆锤(50J、30J、15J、7J、5J)。
检查和调整被动指针的位置,使摆锤在铅垂位置时主动指针与被动指针靠紧,指针指示的位置与*大指标值相重合。
空击试验:以检查指针装配是否良好,空击值误差应在规定范围内。
根据实际需要,调整支承刀刃的距离为70mm或40mm。
检查零点,且每做一组试样校准一次。
放置样品。试样放置在托板上,其侧面应与支承刀刃靠紧,若带缺口的试样,应用0.02mm的游标卡尺找正缺口在两支承刀刃的中心。
测量试样中间部位的宽和厚,准确至0.05mm,缺口试样测量缺口的剩余厚度。
冲击试验:上述完成后,可放摆试验,冲击后,从刻度盘上记录冲断功的数值。
结果处理
观察并记录材料断裂面情况。
据冲断功计算冲击强度。算出各试样的平均值进行试样间比较。(上海佰衡仪器科技有限公司提供)