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高分子聚合物沖擊性能的測試

（一）簡支梁沖擊實驗

對硬質(zhì)高分子材料施加一次沖擊負荷使試樣破壞，記錄下試樣破壞時或過程中單位試樣截面積所吸收的能量，即沖擊強度，來衡量材料沖擊韌性。簡支梁梁沖擊實驗(GB1093)是其中的一種。所有的沖擊實驗均應(yīng)按GB 2918規(guī)定，在（23 ℃）、常濕下進行試樣環(huán)境調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時間不少于4h.

一、實驗設(shè)備及原材料

（1）實驗設(shè)備: 擺動撞擊試驗機實驗機為擺錘式，并由擺錘、試樣支座、能量指示機構(gòu)和機體等主要構(gòu)件組成能量指示試樣破壞過程中所吸收的沖擊能量。

（2）原材料試樣：注塑標(biāo)準(zhǔn)件，屬于I型，對應(yīng)尺寸長度l =120mm 2,寬度b=15 0.5mm,厚度d=10 0.5mm,以及相對相應(yīng)的支撐線間距離為70mm.

二、實驗步驟

（1）分別測量無缺口試樣中部邊緣和試樣端部中心位置的寬度和厚度，并取其平均值為試樣的寬度和厚度。準(zhǔn)確至0.02mm。

（2）根據(jù)試樣破壞時所需的能量選擇擺錘，使消耗的能量在擺錘總能量的10％～85%范圍內(nèi)。若符合這一能量范圍不止一個擺錘時應(yīng)該用最大能量的擺錘。

（3）調(diào)節(jié)能量度盤指針零點，使它在擺錘處于起始位置時與主動針接觸。進行空白實驗，保證總摩擦損失不超過規(guī)定值。

（4）抬起并鎖住擺錘，把試樣按規(guī)定放置在兩支撐塊上，試樣支撐面緊貼在支撐塊上，使沖擊刀刃對準(zhǔn)試樣中心。

（5）平穩(wěn)釋放擺錘，從度盤上讀取試樣吸收的沖擊能量。

（6）試樣無破壞的沖擊值應(yīng)不作取值，實驗記錄為不破壞或NB。試樣完全破壞或部分破壞可以取值。

（7）如果同種材料觀察到一種以上的破壞類型，須在報告中表明每種破壞類型的平均沖擊值和試樣破壞的百分?jǐn)?shù)。不同破壞類型的結(jié)果不能進行比較。

（1）在實驗中有哪些因素會影響測定結(jié)果？

答：樣條的制備或切取過程的參數(shù)，如切割的速率、刀具的銳角；測量過程旋轉(zhuǎn)軸心到擺錘打擊中心的距離與旋轉(zhuǎn)軸心至試樣中心距離之差的大小；擺錘瞎掰時刀刃通過兩支座間中央偏差的大小；刀刃打擊試樣平面時的接觸線與試樣長軸線的垂直度；試樣支座是否水平；機體的質(zhì)量是否足夠；測試時瞬間的風(fēng)速等。

（2）缺口試樣與無缺口試樣的沖擊實驗現(xiàn)象有何不同？哪些試樣應(yīng)采用缺口試樣或有無缺口試樣都應(yīng)測試？

答：無缺口試樣斷裂面在中間部位剪切應(yīng)力最大在此斷裂，而缺口試樣則是在缺口應(yīng)力集中且受剪切應(yīng)力最大在此處斷裂，同種材料，幾何形狀相同的樣條無缺口試樣的沖擊強度比缺口試樣大，實驗中可以看到儀器讀數(shù)不同；試樣可用帶缺口的和無缺口的兩種。采用帶缺口試樣的目的是使缺口處試樣的截面積大為減小，受沖擊時，試樣斷裂一定發(fā)生在這一薄弱處，所有的沖擊能量都能在這局部的地方被吸收，從而提高試驗的準(zhǔn)確性。

這種情況下，計算沖擊強度時，試樣的厚度d指的是缺口處試樣的剩余厚度。在使用過程，容易受到?jīng)_擊的材料，缺口試樣的沖擊強度比較重要，另外在受到?jīng)_擊過程容易產(chǎn)生大量銀紋的材料也要測缺口沖擊強度。

一、分析討論

材料的抗沖強度是一個工藝上很重要的指標(biāo)，是材料在高速沖擊狀態(tài)下的韌性或?qū)嗔训挚鼓芰Φ牧慷取Ｅc材料的其他極限性能不向，它是指某一標(biāo)準(zhǔn)試樣在斷裂時單位面積上所需要的能量，而不是通常所指的“斷裂應(yīng)力”。其值與高速拉伸應(yīng)力—應(yīng)變曲線下的面積成正比。抗沖強度不是材料的基本參數(shù)，而是一定幾何形狀的試樣在特定試驗條件下韌性的一個指標(biāo)。沖擊韌性值是反映材料抵抗沖擊載荷的綜合性能指標(biāo)，它隨著試樣的絕對尺寸﹑缺口形狀﹑試驗溫度等的變化而不同。缺口試樣的制取，影響到材料的應(yīng)力集中情況，溫度上升，沖擊性能變好。

（二）懸臂梁梁沖擊實驗

對硬質(zhì)高分子材料施加一次沖擊負荷使試樣破壞，記錄下試樣破壞時或過程中單位試樣截面積所吸收的能量，即沖擊強度，來衡量材料沖擊韌性。懸臂梁沖擊實驗(GB1043)是其中的一種。所有的沖擊實驗均應(yīng)按GB 2918規(guī)定，在（23 ℃）、常濕下進行試樣環(huán)境調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)時間不少于4h.

一、實驗設(shè)備及原材料

（1）實驗設(shè)備

懸臂梁沖擊機，型號UJ-40沖擊試驗機 40.10公斤/厘米河北省承德市材料試驗機廠；擺錘式懸臂梁沖擊實驗機具有剛性結(jié)構(gòu)，能測量破壞試樣所吸收的沖擊能量W，其值為擺錘初始能量與擺錘在破壞之后剩余能量的差。

擺錘沖擊刃是半徑為（0.8 0.2）mm的圓柱面。

試樣支座為固定夾具和活動夾具組成的虎鉗。

XQZ-1缺口制樣機，承德市金建檢測儀器制造廠

（2）實驗原料: 樣條寬b=10mm 長80mm。

二、實驗步驟

（1）制作試樣，用缺口制樣機切出2mm的切口；

（2）測量試樣中部厚度或缺口試樣剩余寬度b , 精確到0.02mm

（3）檢查實驗機是否有規(guī)定的沖擊速度和正確的能量范圍，破斷試樣吸收的能量在擺錘容量的10％至80％范圍內(nèi)。若有幾個擺錘都能滿足這些要求時，應(yīng)選擇其中容量最大的擺錘。

（4）進行空實驗，記錄所測得的摩擦損失，該能量損失不得超過規(guī)定的值。

（5）抬起并鎖住擺錘，把試樣放在虎鉗中，按要求夾住試樣。測定缺口試樣時，缺口應(yīng)擺在沖擊刃的一邊。

（6）釋放擺錘，記錄試樣所吸收的重機能，并對其摩擦損失進行修正

（7）計算并求平均值

注意事項：

（1）影響懸臂梁沖擊實驗結(jié)果誤差因素有哪些？

答：缺口試樣的形狀與標(biāo)準(zhǔn)試樣的偏差；缺口加工刀尖的精度及進給的速率，測試的精度；樣條制備和缺口加工時對材料內(nèi)應(yīng)力的影響；擺錘沖擊實驗機的精度，讀數(shù)的誤差大小；測試環(huán)境與標(biāo)準(zhǔn)的偏差等；

（2）正置缺口和反置缺口沖擊的區(qū)別是什么？如何確定使用何種方式進行沖擊？

答：正置缺口擺錘刃直接沖擊缺口，反置缺口則是從背面沖擊缺口；反置沖擊強度可能比較小，因為反置時，缺開的應(yīng)力集中更大；取決于材料實際的使用環(huán)境；

（3）如果試樣上的缺口是機械加工而成，加工過程中，哪些因素會影響測定結(jié)果？如何影響？
答：缺口加工刀尖的精度，精度高誤差小；進給的速率大，易使缺口變形，精度變低；主動速度大而進給速度小，材料受力比較均勻變形量減少；

（4）懸臂梁和簡支梁沖擊時，試樣受到的作用力有和區(qū)別？選擇使用使用這兩種方法的依據(jù)是什么？

答：懸臂梁一端為固定支座，另一端自由的梁，在固定支座處受到的彎矩最大；簡支梁一端為鉸支座，另一端為可動鉸支座的梁，在兩支座中間受到的彎矩最大；實際使用過程作為懸臂梁使用的應(yīng)采用懸臂梁沖擊試驗，作為簡支梁使用的應(yīng)采用簡支梁沖擊試驗。

高分子材料沖擊試驗使用的樣條從不同的方向選取，這是應(yīng)為高分子的聚集態(tài)有晶態(tài)和非晶態(tài)之分，高聚物的形態(tài)比小分子形態(tài)的有序程度差很多，存在很多缺陷，但高聚物的非晶態(tài)卻比小分子液態(tài)的有序程度高，這是因為高分子的長短是由結(jié)構(gòu)單元通過化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)而成的，所以沿著主鏈方向的有序程度必然高于垂直于主鏈方向的又序程度，尤其是經(jīng)過受力變形后的高分子材料更是如此，因此實驗至少兩方向選取原材料樣條，且需保證缺口加工過程變形范圍足夠窄。

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