七、高分子材料冲击试验7.1 实验目的（1）熟悉高分子材料冲击性能测试的原理、方法、操作及其实验结果处理；（2）了解测试条件对测定结果的影响。

7.2 实验原理对硬质高分子材料试样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。

根据实验中试样受力形式和冲击物的几何形状，板、条试样的冲击实验方法可分为：简支梁冲击实验（GB1093）、悬臂梁冲击实验（GB1043）和落锤式冲击实验（GB11548-89）。

所有冲击实验均应按GB2918规定，在（23±2℃）、常湿下进行试样环境调节，调节时间不少于4h。

7.3 简支梁冲击实验（1）原材料试样①注塑标准试样试样表面应平整、无气泡、裂纹、分层和明显杂志。

缺口试样缺口处应无毛刺。

试样类型和尺寸以及相对应的支撑线间的距离见表7-1。

试样的缺口类型和缺口尺寸见表7-2。

试样的优选类型为I型。

优选的缺口类型为A型。

表7-1 试样类型和尺寸以及相对应的支撑线间的距离（mm）表7-2 缺口类型和缺口尺寸（mm）注：A型、B型、C型缺口的形状和尺寸分别见图7-1~图7-3。

图7-1 A型缺口试样图7-2 B型缺口试样图7-3 C型缺口试样②板材试样板材试样厚度的3~13mm之间时取原厚。

大于13mm时应从两面均匀地进行机械加工到10±0.5mm。

4型试样厚度须加工到13mm。

当使用非标准厚度试样时，缺口深度与试样厚度尺寸之比也应分别满足表7-2的要求。

当厚度小于3mm的试样不做冲击实验。

（2）试样制备①模塑料或挤出料按受试材料的产品标准规定制备试样。

若产品标准没有规定，可按GB5471和GB9352制备试样。

I型试样可以从标准多用途试样上切取。

②板材板材试样是将板材进行机械加工制备。

试样缺口可在铣床、刨床或专用缺口加工机上加工。

加工刀具应无倾角，工作后角为15°~20°。

推荐刀尖线速度约为90~185m/min，进给速率为10~130mm/min。

检查刀具的锐度，如果半径和外形不在规定范围内，应以新磨的刀具更换。

③层压材料压层材料应在使冲击方向垂直于层压方向（板面方向）和平行于层压方向（板边方向）上各切取一组试样。

如果受试材料的产品标准有规定，可用带模塑缺口的试样。

模塑缺口试样和机械加工缺口的试样实验结果不能相比。

除受试材料的产品标准另有规定外，每组试样数应不少于10个。

各向异性材料应从垂直和平行于主轴的方向上各切取一组试样。

本次试验试样是用多型腔模具注塑成型的共聚聚丙烯（C PP,MFR=1~5g/10min）长条试样作为无缺口试样，在CPP长条试样上用机械加工方法铣出U形缺口的长条作为缺口简支梁冲击试样。

（3）实验设备①实验机实验机应为摆锤式，并由摆锤、试样支座、能量指示机构和机体等主要构件组成。

能指示试样破坏过程中所吸收的冲击能量。

实验机应具备表7-3所示的特性参数。

并应定期由国家计量部门对这些参数进行检定。

表7-3 摆锤冲击实验机特性参数②摆体摆体是实验机的核心部分，它包括旋转轴、控杆、摆锤和冲击刀刃等部件。

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应一致，两者之差不应超过后者的±1%。

冲击刀刃规定夹角为30°±1°，端部圆弧半径为（2.0±0.5）mm。

摆锤下摆时，刀刃通过两只座间的中央偏差不得超过±0.2mm，刀刃应与试样的打击面接触。

接触线应与试样长轴线相垂直，偏差不超过±2°。

③试样支座为两块安装牢固的支撑块，能使试样成水平，其偏差在1/20以内。

在冲击瞬间应能使试样打击面平行于摆锤冲击刀刃，其偏差在1/200以内。

两支撑块的位置应可调节，其间隔应能足表1的要求。

支撑刃前角为5°。

后角为10°±1°，端部弧半径为1mm。

标准试样冲击刀刃和支座尺寸相互关系见图7-4。

图7-4 标准试样的冲击刀刃和支座尺寸1—试样；2—冲击方向；3—冲击瞬间摆锤位置；4一下支座；5—冲击刀刃；6—支撑块④能量指示机构能量指示机构包括指示度盘和指针。

应为亮度盘的摩擦、风阻损失和示值误差做标准的校正。

⑤机体机体为刚性良好的金属框架，并牢固地固定在质量至少为所用最重摆锤质量40倍的基础上。

（4）实验步骤①对于无缺口试样，分别测量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。

缺口试样应测量缺口处的剩余厚度，测量时应在缺口两端各测一次，取其算术平均值。

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的不止一个摆锤时，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表7-3的数值。

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，缺口试样刀刃对准缺口背向的中心位置。

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的可以取值。

⑦如果同种材料可以观察到一种以上的破坏类型，须在报告中标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。

（5）实验结果计算和表示①无缺口试样简支梁冲击强度a （kJ/m 2）310⨯⋅=db A a (7-1) 式中 A ——试样吸取的冲击能量，J ；b ——试样宽度，mm ；d ——试样厚度，mm 。

②缺口试样简支梁冲击强度k a （kJ/m 2） kk k d b A a ⋅= （7-2） 式中 k A ——缺口试样吸收的冲击能量，J ；b ——试样宽度，mm ；k d ——缺口试样缺口处剩余厚度，mm 。

③标准偏差S1-n )(2∑-=X X S （7-3）式中 X ——单个测定值； X ——一组测定值的算术平均值；ｎ——测定值个数。

④变异系数CV%%100⨯=XS CV (7-4) ⑤如果需要计算相对冲击强度，其结果以百分比表示。

⑥计算10个试样实验结果的算术平均值、标准偏差和变异系数。

全部计算结果以两位有效数字表示。

（6）实验报告①材料名称、规格、来源、制造厂家。

②试样的制备及缺口加工方法、取样方向。

③试样的类型、尺寸和缺口类型。

④试样状态调节。

⑤摆锤的最大能量、冲击速度。

⑥缺口试样或无缺口试样冲击强度的算术平均值、标准偏差和变异系数。

⑦试样的破坏类型及试样破坏百分率。

⑧如果同样材料观察到一种以上的破坏类型，须报告每种破坏类型的平均冲击值及破坏百分率。

⑨解答思考题。

（7）思考题①在实验中哪些因素会影响测定结果？②缺口试样与无缺口试样的冲击实验现象有何不同？哪些试样材料应采用缺口试样或有无缺口两种试样都应测试？7.4 塑料悬臂梁冲击实验（1）原材料试样 最佳试样为I 型试样，长L=80mm ，宽b=10.00mm 。

①模塑和挤塑料 应采用A 型或B 型缺口试样，如表7-4和图7-5所示。

最佳缺口为A 型±，如果要获得材料对缺口敏感性的信息，应实验A 型和B 型缺口试样。

表7-4 方法名称、试样类型、缺口类型和尺寸方法名称试样类型缺口类型缺口底部半径rN/mm缺口底部的剩余宽度bN/mmGB1843/1UGB1843/1A GB1843/1B I无缺口AB—0.25±0.051±0.05—8.0±0.28.0±0.2 A型缺口 B型缺口缺口底部半径rN =（0.25±0.05）mm 缺口底部半径rN=（1±0.05）mm 图7-5 缺口半径除受试材料标准另有规定，一组应测试10个试样，当变异系数小于5%时，测试5个试样。

②试样制备a．试样制备应按照GB5471、GB9352或材料有关规范制备试样。

I型试样可按GB11997方法制备的A型试样的中部切取。

b．板材用机械加工制备试样应尽可能采用A型缺口的I型试样。

无缺口试样的机加工面不应面朝冲锤。

c．各向异性的板材需从板材的纵横两个方向各取一组试样。

d．试样缺口可在铣床、刨床或专用缺口加工机上加工。

切削齿的形状应能将试样切削出图7-5所示缺口的形状，切削齿的剖面应与它的主轴线垂直。

推荐刀尖线速度为90~185m/min，进给率为10~130mm/min。

检查刀具的锐度，如果刀尖半径和形状不在规定的范围内，要及时更换刀具。

如果受试材料规定，可使用模塑缺口试样，测试结果同机加工试样测试结果不可比。

本次实验试样是用多型腔模具注塑成型的共聚聚丙烯（CPP，MFR=1~5g/10min）长条试样经机械加工方法铣出V型缺口的长条作为缺口悬臂梁冲击试样。

（2）实验设备①实验机 摆锤式悬臂梁冲击实验机应具有刚性结构，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试样之后剩余能量的差。

应对该值进行摩擦和风阻损失的校正（见表7-5）。

表7-5 摆锤冲击实验机的特性②摆锤 摆锤转轴中心应水平，冲击刃是半径为（0.8±0.2）mm 的圆柱面。

冲击刃的轴线应水平，并垂直于摆锤的运动平面。

摆锤在整个冲击过程中应与试样的整个被冲击面接触。

其接触线应与试样的纵轴线垂直，偏差在±2°范围内。

③摆锤旋转轴到试样中心冲击点之间的距离应在L p ±1%的范围内。

摆长L p （m ）可由摆锤小振幅振动周期T 实验测定，按下式计算：22n 4g T L P ⨯=π（7-5） 式中 g n ——自由落体的标准加速度（其值为9.81m/s 2），m/s 2；T ——摆锤往复一次摆动的时间，可由至少50次连续摆动来确定（已知精度为1/2000，摆动角度离开中心每侧应小于5°）。

图7-6 缺口试样冲击处、虎钳支座、试样及冲击刃位置图=（0.8±0.2）mm；2一与试样接触的夹具面；1—冲击刃半径R1=（0.2±0.1）mm3一夹具棱圆角半径R2④试样支座为固定夹具和活动夹具组成的虎钳。

夹具的夹持面应平行，偏差在±0.025mm以内。

虎钳所夹持的试样长轴线铅直，与虎钳顶面垂直（见图7-6）。

虎钳夹具的顶棱圆角半径为（0.2±0.1）mm。

当缺口试样夹在虎钳中时，其顶部平面即为缺口角平分面，偏差在0.2mm以内。

调整虎钳，使试样位于冲击刀刃的中心，偏差在±0.5mm以内，并且刀刃中心离虎钳顶面的距离为22±0.2mm。

应避免虎钳在夹持试样和实验过程中产生松动。