擺錘沖擊強度的影響因素（下）

塑料的沖擊強度通常采用擺錘沖擊的形式測試，但因多種因素影響，擺錘沖擊測試往往很難獲得變異系數(shù) ＜5% 的測試結(jié)果。

針對測試設(shè)備和試樣材質(zhì)等固有性能對沖擊強度的影響，可點擊鏈接查看詳情：擺錘沖擊強度的影響因素（上）。本文將對人員操作對沖擊強度的影響進行分享和討論。

在確定測試設(shè)備和材料后，擺錘沖擊的流程為：試樣成型、缺口加工、測試。從裂紋萌生和裂紋擴展角度看，成型工藝、缺口加工、測試細(xì)節(jié)是決定試樣斷裂過程吸收能量的關(guān)鍵因素。

大部分?jǐn)[錘沖擊樣條都是通過注塑成型，或模壓成型以及擠出成型后裁切得到。成型方式的不同會導(dǎo)致樣品在結(jié)晶、取向、內(nèi)應(yīng)力上產(chǎn)生很大的區(qū)別。

模壓成型的材料幾乎是各向同性的，內(nèi)應(yīng)力較小；注塑成型一般會在流動方向上取向，也可通過控制注射速度、模溫、保壓壓力等參數(shù)，結(jié)合模具設(shè)計，控制結(jié)晶度與內(nèi)應(yīng)力；擠出成型的樣品在通過模具后往往會采用驟冷的方式，因此取向很明顯，但結(jié)晶度較差。

注塑成型

模壓成型

擠出成型

三種成型工藝中，經(jīng)常用到的是注塑成型，但不同的注塑工藝也會對樣品微觀結(jié)構(gòu)造成很大影響。

通常注射溫度過高會導(dǎo)致應(yīng)力松弛，解取向增加，而注射溫度過低會影響流動，產(chǎn)生熔接痕；注射速度過低則流動取向降低，過高會導(dǎo)致剪切加強，引起熔體破裂甚至樣品燒傷等不適的情況；保壓壓力過高會產(chǎn)生飛邊，過低會導(dǎo)致樣品無法充滿；保壓時間太短，樣品會產(chǎn)生變形，保壓時間過長，樣品內(nèi)部甚至?xí)a(chǎn)生負(fù)壓；模溫過低，樣品冷卻過快，內(nèi)應(yīng)力過大，模溫太高，解取向增大。

結(jié)晶度越高、球晶尺寸越大，試樣越脆，沖擊強度越??；取向凍結(jié)度高，斷裂需要破壞的主價鍵的比例提高，沖擊強度越大；內(nèi)應(yīng)力越大，越容易產(chǎn)生裂紋，沖擊強度往往越小。

在 Instron 的測試經(jīng)驗中曾遇到某種 HDPE，注塑成型試樣的沖擊強度是模壓成型試樣的沖擊強度相差4倍，主要原因是注塑過程能很好地在流動方向上產(chǎn)生凍結(jié)取向，斷裂時需要破壞的主價鍵比例大大增加。模壓成型的試樣沒有取向，也沒有控制好冷卻過程，樣品結(jié)晶度更高，斷裂時需要破壞的主價鍵比例降低。

絕大部分材料都采用缺口沖擊測試，高質(zhì)量的缺口是確保沖擊實驗結(jié)果正確可靠的基礎(chǔ)。

模塑缺口試樣沖擊強度往往大于機械加工的缺口試樣，并且模塑的缺口試樣和缺口尺寸還會受到成型工藝、模具收縮率等因素的影響，因此行業(yè)內(nèi)通常采用機械加工的方式制備缺口。前面提到高結(jié)晶度的材料對缺口更加敏感，因此此類材料的缺口制備過程需要更加精細(xì)的控制。

根據(jù)刀片的運動方式，目前主流的缺口加工方式為線切割和旋轉(zhuǎn)切割。

缺口的加工，一方面要考慮獲得尺寸標(biāo)準(zhǔn)且穩(wěn)定的缺口，另一方面要減少摩擦生熱。穩(wěn)定的缺口通常需要分多次精細(xì)切割，并且需要較低的給進速度?，F(xiàn)代線切割方式的機器大都采用刀尖接觸試樣，并且一些較好機器退刀過程刀片和樣品無摩擦，因此發(fā)熱量大大減少。旋轉(zhuǎn)切割由于較慢的給進速度，摩擦生熱往往比線切割更嚴(yán)重，因此更需要很好的降溫措施，才能獲得更好的缺口。

好的缺口與燒焦的缺口

大部分材料都可以參考 ISO 2818 提供的參數(shù)做相應(yīng)調(diào)整，以獲得最佳的缺口制備效果。

在確保設(shè)備、樣品都滿足測試需求后，實際的測試過程還會受測試細(xì)節(jié)的影響。

錘頭的選擇

ISO 標(biāo)準(zhǔn)要求錘頭吸收能量在 10%~80% 之間，并且?guī)讉€錘頭都滿足需求的情況下，盡量用能量較高錘頭。ASTM 標(biāo)準(zhǔn)則要求盡量用能量較小的錘頭，并且吸收能量 <85%。

能量較高的錘頭沖擊過程中速度降低較少，試樣斷裂過程應(yīng)變速率變化較小，更容易脆性斷裂。小能量錘頭測試過程速度降低較多，容易引起韌性斷裂。在ji端情況下，錘頭的選擇會引起測試結(jié)果巨大的變化。

*同時滿足的情況下，按標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)選擇能量更大的擺錘。例如有缺口沖擊能量 30kJ/㎡，應(yīng)選擇 7.5J 擺錘。

*同時滿足的情況下，按標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)選擇能量更大的擺錘。例如有缺口沖擊能量 30kJ/㎡，應(yīng)選擇 5.5J 擺錘。

試樣擺放的影響

注塑試樣因為存在脫模角，側(cè)面實際上是梯形。簡支梁沖擊時，試樣朝上和朝下擺放，會造成測試結(jié)果一定的偏差，在沖擊強度較小的樣條上尤其明顯。

Instron 團隊曾做過一種樣條，兩種擺放方式測沖擊強度分別為1.3kJ/㎡ 和 1.2kJ/㎡。試樣的對中也會明顯影響測試結(jié)果，擺放試樣時更應(yīng)注意。

溫度影響

溫度升高，沖擊強度提高，溫度降低，沖擊強度則降低。在常溫測試中，抓取樣條的時候要避免手接觸試樣缺口附近的位置，以免熱傳導(dǎo)引起升溫。

Instron 團隊曾做過一項測試，將樣條放手里握 10s 后測試，發(fā)現(xiàn)沖擊強度提高了 20%。此外，在低溫沖擊中，尤其是懸臂梁沖擊，樣條有一半夾在夾具內(nèi)，夾具對試樣的熱傳導(dǎo)不可忽視，需要將夾具也降低到測試溫度，才能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

斷裂樣條動能的影響

在沖擊強度較小的測試中，就不能忽略試樣飛出去的動能，因此 ASTM D256 的方法 C 要求將斷裂的試樣撿回來再沖擊一次，扣除試樣動能。而在平時的測試中，也應(yīng)注意試樣的擺放，讓飛出去的試樣尺寸一致，以確保動能一致。

Instron 的擺錘試驗系統(tǒng)擁有如下優(yōu)勢：

全自動缺口制樣機采用線性切割，最大限度減少切割發(fā)熱量。通過精確的單次切割量控制、準(zhǔn)確的切割速度控制、定制刀片冷卻系統(tǒng)的退刀方式，配合雙缺口加載器和啞鈴形試樣的切邊等裝置，在保證缺口的高度準(zhǔn)確情況下讓樣品制備既節(jié)省時間又節(jié)省人力，為您的沖擊試驗保駕護航。

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