实验五聚合物材料冲击强度的测定

1、实验五聚合物材料冲击强度的测定一、实验目的了解高分子材料的冲击性能；理解摆锤式抗冲击强度试验机的原理；掌握冲击强度的测试方法；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所吸收的能量。,）式中，为冲击强度；单位为J/cm2；A为冲断试样所消耗的功；b为试样宽度；h为试样厚度。冲击强度的测试方法很多，应用较广的有以下三种：（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，然后让重锤自由落下冲击试样，测量摆锤冲断试样所消耗的功，根据

2、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1所示。图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

3、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

4、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、试验机试验机为摆锤式（悬臂梁），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、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1。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

5、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。支撑刃前角为5,后角为10士1,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。6.冲击能量及摆锤力矩摆锤类型（冲击

6、能量）1J2.75J5.5J11J22J摆锤力矩（Nm）0.51551.41782.83565.671211.3425四、实验步骤试样制备（1）将样条裁成1.0-1.5cm宽，并打磨光滑，使无毛刺、裂痕。（2）测量试样中部的宽度和厚度，准确至0.05mm。（3）在缺口试样机上将试样中部切出缺口,缺口深度3mm。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1085%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。）摆锤的安装：首先卸下摆锤上连接套上的螺钉及上连接套，再将摆锤用上连接套及其上的螺钉牢固地固定在主轴上。装卸连接套时，要保持上下部分方向一致。转

7、动衬盘使表盘外圈处于铅垂位置的小孔内出现所选摆锤的能量值。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。进行空击试验，保证总摩擦损失不超过相应的数值。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。平稳释放摆锤，从度盘上读取试样吸收的冲击能量。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。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计算冲击强度：无缺口冲击强度，（）（KJ/cm2）缺口冲击强度，（j（KJ/m）式中：A缺口试样吸收的冲击能量，J；b试样宽度，mm；h一试样厚度，mm；a一缺口深度，mm。当用户选择小能量的摆锤(悬臂梁5.5J)以下试验时，由于摆锤能量较小，试验中由于空气阻力、摩擦阻力等不可消除阻力的影响不能忽略不计，因此应对试验结果进行修正。修正方法如下：冲击后将表盘上被动指针所指的值代入下式进行计算，计算结果即为试样所吸收能量的真实值。=(,)(-,)(a+卩丿“A：试样吸收的能量M：摆锤力矩Q:摆锤预扬角卩：空击后的升角卩：试样断裂后摆锤的升角六、注意事项试验过程中注意安全。在做空击和冲