上海湘杰淺析ASTM D256 測定塑料IZOD沖擊強(qiáng)度的試驗(yàn)方法

沖擊強(qiáng)度常用來評價(jià)材料抵抗沖擊的能力或判斷材料的脆性或韌性程度，它是塑料材料在工程應(yīng)用中的一項(xiàng)重要的性能指標(biāo)，它反映不同材料抵抗高速?zèng)_擊而致破壞的能力。在測定塑料的沖擊強(qiáng)度時(shí)，常用到的測試方法有懸臂梁沖擊和簡支梁沖擊，而這兩種方法中又有缺口沖擊和無缺口沖擊兩種類型。標(biāo)準(zhǔn)ASTM D256-2010E1主要是針對懸臂梁缺口沖擊方法制定的標(biāo)準(zhǔn)，本文通過對該標(biāo)準(zhǔn)的解讀，并將其與GB/T 1843-2008進(jìn)行了比較，簡要分析了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間的差異。

 標(biāo)準(zhǔn)ASTM D256-2010E1中主要介紹了4種測試方法，即方法A、方法C、方法D以及方法E（方法B為簡支梁沖擊，已被移走并用新標(biāo)準(zhǔn)號重新出版）。方法A與方法C類似，其中方法C中增加了拋擲修正，適合IZOD沖擊強(qiáng)度小于27 J/m的材料；方法D用于測量材料缺口靈敏度，缺口處的應(yīng)力集中隨半徑的遞減而增加；方法E是反向缺口沖擊試驗(yàn)，用于指示塑料的無缺口沖擊強(qiáng)度，然而用該方法所取得的測試結(jié)果與*無缺口樣品取得結(jié)果并非一致。以下便是對這幾種測試方法的詳細(xì)介紹。

 方法A 懸臂梁試驗(yàn)

設(shè)備要求：

儀器相關(guān)參數(shù)及要求如圖1。

懸臂梁試驗(yàn)方法A和C的臺鉗、試樣、沖擊邊的相互關(guān)系

 注解：

1、刀刃圓角半徑：R=0.8±0.2mm：

2、沖擊刀刃至鉗口上平面距離：22mm±0.05mm；

3、臺鉗固定夾具和活動(dòng)夾具的上邊緣的半徑應(yīng)為 0.25±0.12mm（0.010±0.005in）。

儀器應(yīng)備有一個(gè)基礎(chǔ)擺錘，擺錘能量應(yīng)為2.7±0.14 J,該擺錘可用于所有吸收能量小于此擺錘能量的85%的試樣。若需要更大的斷裂能量，則需要更換更大能量的擺錘，通常，能量在2.7~21.7 J一系列擺錘足以適用于大多數(shù)塑料。擺夾持和釋放機(jī)構(gòu)的位置應(yīng)在沖擊端下落垂直高度為 610±2mm處，這會(huì)使沖擊端在沖擊時(shí)產(chǎn)生的速度約為 3.5m/s。

 我們實(shí)驗(yàn)室采用的是XJBCX擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)，如圖2所示。

圖2 XJBCX擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)

該試驗(yàn)機(jī)有2.75 J、5.5 J、11J和22 J四種能量的懸臂梁擺錘，適用于大多數(shù)的塑料試樣。

 試樣要求：模制材料寬在 3.17~12.7mm（0.125~0.500in）的范圍內(nèi)。尺寸小于 12.7mm（0.500in）的所有試樣都應(yīng)在較短面開缺口。另外，所有壓模試樣都應(yīng)在平行于模壓施加方向的面上開缺口。寬度小于6.4mm的試樣對夾持壓力很敏感，研究表明該類試樣吸收的能量偏大，因此推薦使用寬度6.4mm以上的樣品。標(biāo)準(zhǔn)樣條規(guī)格如圖3所示。

 圖3 懸臂梁型試驗(yàn)試樣的尺寸

注：缺口剩余寬度A應(yīng)用千分尺或其他合適測量工具來測量（如圖4所示的缺口深度微分尺）；樣品厚度不得大于12.7mm。

圖4 缺口深度微分尺的規(guī)格

樣品狀態(tài)調(diào)節(jié)：23±2℃，50±10%RH的條件下至少調(diào)節(jié)40h，并在該條件下進(jìn)行測試。有爭議時(shí)，應(yīng)在23±1℃和50±5%RH下進(jìn)行測試。

 測試步驟：

1)準(zhǔn)備至少5個(gè)樣品，若要測多個(gè)方向，每個(gè)方向至少5個(gè)樣品。

2)預(yù)估樣品斷裂所需能量，并選擇一個(gè)合適能量的擺錘；使用既能使一組試驗(yàn)中的每個(gè)試樣斷裂，而能耗不超過其擺錘能量的 85%的最輕的標(biāo)準(zhǔn)擺。（太重的擺錘會(huì)減小讀數(shù)的靈敏度）

3)測量試樣的寬度和厚度，精確至0.025mm。

4)記錄沖擊時(shí)試樣吸收的能量，并處以試樣的橫截面積（或?qū)挾龋?，得到?jīng)_擊強(qiáng)度。

5)計(jì)算每組試樣中相同斷裂類型的平均值。

 方法C 沖擊能量小于 27J/m 材料的懸臂梁試驗(yàn)

其他步驟同方法A，但在操作步驟中增加了一步：將斷裂試樣的自由端重新放回夾持部分上，以相同的方法用擺錘作二次沖擊，該方法測得的能量可認(rèn)為是拋擲樣品沖擊端的能量，然后用原來得到的能量值減去該能量便可得到修正后試樣斷裂所吸收的能量，稱為凈懸臂梁沖擊能量。用該能量值計(jì)算得到的沖擊強(qiáng)度稱為凈懸臂梁沖擊強(qiáng)度。當(dāng)沖擊能量大于27 J/m時(shí)，拋擲能量相對于斷裂能量可忽略不計(jì)，可直接使用方法A進(jìn)行測試。

 方法D 缺口半徑靈敏度試驗(yàn)

除以下幾個(gè)方面，其他同方法A。

 開缺口：

除了 10 個(gè)試樣應(yīng)開缺口半徑為 0.25mm（0.010in），10 個(gè)試樣應(yīng)開缺口半徑為1.0mm（0.040in）外，其余開缺口應(yīng)按圖中的規(guī)定進(jìn)行。

步驟：

1)試驗(yàn)每種缺口半徑的試樣 10 個(gè)。

2)應(yīng)計(jì)算每組的平均沖擊強(qiáng)度，只是在每組內(nèi)斷裂類型須統(tǒng)一為 C、H、C 和 H，或 P。

3)如果缺口半徑為 0.25mm(0.010in)的試樣不被沖斷，該試驗(yàn)是不適用的。

4)假如 10 個(gè)半徑為 1.0mm（0.040in）缺口的任一試樣不能歸入 NB 類（非斷裂），則在得不到另外數(shù)據(jù)的情況下，缺口靈敏度方法不能使用，應(yīng)從同一樣品上制得一套新的試樣，缺口半徑為 0.50mm（0.020in），重復(fù)上述步驟。

 計(jì)算：

連接缺口半徑為 0.25 和 1.0mm（0.010 和 0.04in）的斷裂沖擊能量成直線，假如適用的話，還有缺口半徑為 0.50mm（0.020in）的，連線斜率計(jì)算如下：

b=（E₂－E₁）/（R₂－R₁）

式中

E₂ =較大缺口的平均沖擊能量，J/m（缺口）；

E₁ =較少缺口的平均沖擊能量, J/m（缺口）；

R₂ =大缺口半徑，mm（in）；

R₁ =小缺口半徑，mm（in）。

 方法E 反向缺口懸臂梁試驗(yàn)

其他同方法A，只是夾持試樣時(shí)要使沖錘沖擊在缺口面的反面，這樣缺口在沖擊過程中受到的就是壓力而不是拉伸應(yīng)力。（如圖5）

圖5 懸臂梁試驗(yàn)方法E的臺鉗、試樣、沖擊邊的相互關(guān)系

 反向缺口試驗(yàn)采用的是標(biāo)準(zhǔn)的 0.25mm（0.010in）缺口試樣，以提供無缺口沖擊強(qiáng)度指標(biāo)，反向缺口試驗(yàn)的應(yīng)用避免了在試驗(yàn)前機(jī)加工無缺口樣條至所需的 10.2±0.05mm（0.400±0.002in）深度的要求，且提供了標(biāo)準(zhǔn)缺口試驗(yàn)（試驗(yàn)方法 A、C）同樣的試樣安裝的便利。值得注意的是，由反向缺口試驗(yàn)所得的結(jié)果不總是與機(jī)加工至 10.2mm（0.400in）厚度要求的無缺口樣條所得的結(jié)果一致。

 標(biāo)準(zhǔn)ASTM D256-2010E1同GB/T 1843-2008相比，差異主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 

 總的來說，這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之間的差異較大，得到的結(jié)果不可比較，我們實(shí)際測試中，通常選用的方法仍然是GB/T 1843-2008 塑料 懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測定。