本篇為您介紹的是高分子聚合物沖擊性能的測試，主要是從實驗設備、原材料及實驗步驟等方面介紹簡支梁沖擊實驗與懸臂梁梁沖擊實驗。更多內容，請閱讀全文。


（一）簡支梁沖擊實驗

  對硬質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按GB 2918規定，在（23 ℃）、常濕下進行試樣環境調節，調節時間不少于4h.
 

  1、實驗設備及原材料

（1）實驗設備: 擺動撞擊試驗機實驗機為擺錘式，并由擺錘、試樣支座、能量指示機構和機體等主要構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： 注塑標準件，屬于I型，對應尺寸長度l =120mm 2,寬度b=15 0.5mm,厚度d=10 0.5mm,以及相對相應的支撐線間距離為70mm.

 

2、 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。準確至0.02mm。
（2）根據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。若符合這一能量范圍不止一個擺錘時應該用最大能量的擺錘。
（3）調節能量度盤指針零點，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定值。
（4）抬起并鎖住擺錘，把試樣按規定放置在兩支撐塊上，試樣支撐面緊貼在支撐塊上，使沖擊刀刃對準試樣中心。
（5）平穩釋放擺錘，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數。不同破壞類型的結果不能進行比較。


3、注意事項：

（1）在實驗中有哪些因素會影響測定結果？

樣條的制備或切取過程的參數，如切割的速率、刀具的銳角；測量過程旋轉軸心到擺錘打擊中心的距離與旋轉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；機體的質量是否足夠；測試時瞬間的風速等。

（2）缺口試樣與無缺口試樣的沖擊實驗現象有何不同？哪些試樣應采用缺口試樣或有無缺口試樣都應測試？
無缺口試樣斷裂面在中間部位剪切應力最大在此斷裂，而缺口試樣則是在缺口應力集中且受剪切應力最大在此處斷裂，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，容易受到沖擊的材料，缺口試樣的沖擊強度比較重要，另外在受到沖擊過程容易產生大量銀紋的材料也要測缺口沖擊強度。

 

4、分析討論

材料的抗沖強度是一個工藝上很重要的指標，是材料在高速沖擊狀態下的韌性或對斷裂抵抗能力的量度。與材料的其他極限性能不向，它是指某一標準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“斷裂應力”。其值與高速拉伸應力—應變曲線下的面積成正比。抗沖強度不是材料的基本參數，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。沖擊韌性值是反映材料抵抗沖擊載荷的綜合性能指標，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按GB 2918規定，在（23 ℃）、常濕下進行試樣環境調節，調節時間不少于4h.

 

 1、實驗設備及原材料

（1）實驗設備
懸臂梁沖擊機,擺錘式懸臂梁沖擊實驗機具有剛性結構，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。
（2）實驗原料: 樣條 寬b=10mm 長80mm。

 

  2、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。若有幾個擺錘都能滿足這些要求時，應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

 

  3、注意事項：
（1）影響懸臂梁沖擊實驗結果誤差因素有哪些？
缺口試樣的形狀與標準試樣的偏差；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應力的影響；擺錘沖擊實驗機的精度，讀數的誤差大小；測試環境與標準的偏差等；
（2）正置缺口和反置缺口沖擊的區別是什么？如何確定使用何種方式進行沖擊？
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，缺開的應力集中更大；取決于材料實際的使用環境；
（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果？如何影響？
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別？選擇使用使用這兩種方法的依據是什么？
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采用懸臂梁沖擊試驗，作為簡支梁使用的應采用簡支梁沖擊試驗。

  4、分析討論：

高分子材料沖擊試驗使用的樣條從不同的方向選取，這是應為高分子的聚集態有晶態和非晶態之分，高聚物的形態比小分子形態的有序程度差很多，存在很多缺陷，但高聚物的非晶態卻比小分子液態的有序程度高，這是因為高分子的長短是由結構單元通過化學鍵聯結而成的，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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