聚合物材料冲击强度的测定

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1、一、实验目的1、了解高分子材料的冲击性能。2、掌握冲击强度的测试方法和摆锤式冲击试验机的使用。二、实验原理冲击强度是衡量材料韧性的一种强度指标，表征材料抵抗冲击载荷破坏的能力。通常定义为试样受冲击载荷而折断时单位面积所吸收的能量。α＝[A／(bd)]×103式中，α为冲击强度,J/cm2;A为冲断试样所消耗的功,J；b为试样宽度，mm；d试样厚度，mm。冲击强度的测试方法很多，应用较广的有以下3种测试方法：①摆锤式冲击试验；②落球法冲击试验；③高速拉伸试验。本实验采用摆锤式冲击试验法。摆锤冲击试验，是将标准试样放在冲击机规定的位置上，然后让重

2、锤自由落下冲击试样，测量摆锤冲断试样所消耗的功，根据上述公式计算试样的冲击强度。摆锤冲击试验机的基本构造有3部分：机架部分、摆锤冲击部分和指示系统部分。根据试样的按放方式，摆锤式冲击试验又分为简支梁型(Charpy法)和悬臂梁型。前者试样两端固定，摆锤冲击试样的中部；后者试样一端固定，摆锤冲击自由端。如图5—1所示。图5—1摆锤冲击试验中试样的安放方式试样可采用带缺口和无缺口两种。采用带缺口试样的目的是使缺口处试样的截面积大为减小，受冲击时，试样断裂一定发生在这一薄弱处，所有的冲击能量都能在这局部的地方被吸收，从而提高试验的准确性。测定时的温

3、度对冲击强度有很大影响。温度越高，分子链运动的松弛过程进行越快，冲击强度越高。相反，当温度低于脆化温度时，几乎所有的塑料都会失去抗冲击的能力。当然，结构不同的各种聚合物，其冲击强度对温度的依赖性也各不相同。湿度对有些塑料的冲击强度也有很大影响。如尼龙类塑料，特别是尼龙6、尼龙66等在湿度较大时，其冲击强度更主要表现为韧性的大大增加，在绝干状态下几乎完全丧失冲击韧性。这是因为水分在尼龙中起着增塑剂和润滑剂的作用。试样尺寸和缺口的大小和形状对测试结果也有影响。用同—种配方，同一种成型条件而厚度不同的塑料作冲击试验时，会发现不同厚度的试样在同一跨度

4、上作冲击试验，以及相同厚度在不同跨度上试验，其所得的冲击强度均不相同，且都不能进行比较和换算。而只有用相同厚度的试样在同一跨度上试验，其结果才能相互比较，因此在标准试验方法中规定了材料的厚度和跨度。缺口半径越小，即缺口越尖锐，则应力越易集中，冲击强度就越低。因此，同一种试样，加工的缺口尺寸和形状不同，所测得冲击强度数据也不——样。这在比较强度数据时应该注意。三、实验仪器和材料1、试验机试验机应为摆锤式，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。2、摆体摆体是试验机的核心部分，它包括旋转轴、摆杆

5、、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士1º。端部圆弧半径为2.0士0.5mm。摆锤下摆时，刀刃通过两支座问的中央偏差不得超过士0.2mm，刀刃应与试样的冲击面接触。接触线应与试样长轴线相垂直，偏差不超过士2º。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。支撑刃前角为5º，后角为10士1º，端部圆弧半径为1mm。4、能量指示机构能量指示机构包括指示

6、度盘和指针。应对能量度盘的摩擦、风阻损失和示值误差做准确的校正。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。本试验采用带缺口试样。试样表面应平整、无气泡、裂纹、分层和明显杂质。试样缺口处应无毛刺。四、实验步骤1、测量试样中部的宽度和厚度，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。（注：:若符合这一能量范围的不只一个摆锤时，应该用最大能量的摆锤。）3、调节能量度盘

7、指针零点，使它在摆锤处于起始位置时与主动针接触。进行空击试验，保证总摩擦损失不超过相应的数值。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。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。五、实验结果及数据处理缺口试样简支梁冲击强度ak(kJ/m2)，

8、按下式计算：×103式中：A—缺口试样吸收的冲击能量，J；b—试样宽度，mm；d—缺口试样缺口处剩余厚度，mm六、注意事项1、试验过程中注意安全。在做空击和冲击试验