上海湘傑淺析ASTM D256 測定塑料IZOD衝擊強度的試驗方法

衝(chong) 擊強度常用來評價(jia) 材料抵抗衝(chong) 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用中的一項重要的性能指標，它反映不同材料抵抗高速衝(chong) 擊而致破壞的能力。在測定塑料的衝(chong) 擊強度時，常用到的測試方法有懸臂梁衝(chong) 擊和簡支梁衝(chong) 擊，而這兩(liang) 種方法中又有缺口衝(chong) 擊和無缺口衝(chong) 擊兩(liang) 種類型。標準ASTM D256-2010E1主要是針對懸臂梁缺口衝(chong) 擊方法製定的標準，本文通過對該標準的解讀，並將其與(yu) GB/T 1843-2008進行了比較，簡要分析了兩(liang) 個(ge) 標準之間的差異。

 標準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(wei) 簡支梁衝(chong) 擊，已被移走並用新標準號重新出版）。方法A與(yu) 方法C類似，其中方法C中增加了拋擲修正，適合IZOD衝(chong) 擊強度小於(yu) 27 J/m的材料；方法D用於(yu) 測量材料缺口靈敏度，缺口處的應力集中隨半徑的遞減而增加；方法E是反向缺口衝(chong) 擊試驗，用於(yu) 指示塑料的無缺口衝(chong) 擊強度，然而用該方法所取得的測試結果與(yu) *無缺口樣品取得結果並非一致。以下便是對這幾種測試方法的詳細介紹。

 方法A 懸臂梁試驗

設備要求：

儀(yi) 器相關(guan) 參數及要求如圖1。

懸臂梁試驗方法A和C的台鉗、試樣、衝(chong) 擊邊的相互關(guan) 係

 注解：

1、刀刃圓角半徑：R=0.8±0.2mm：

2、衝(chong) 擊刀刃至鉗口上平麵距離：22mm±0.05mm；

3、台鉗固定夾具和活動夾具的上邊緣的半徑應為(wei) 0.25±0.12mm（0.010±0.005in）。

儀(yi) 器應備有一個(ge) 基礎擺錘，擺錘能量應為(wei) 2.7±0.14 J,該擺錘可用於(yu) 所有吸收能量小於(yu) 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一係列擺錘足以適用於(yu) 大多數塑料。擺夾持和釋放機構的位置應在衝(chong) 擊端下落垂直高度為(wei) 610±2mm處，這會(hui) 使衝(chong) 擊端在衝(chong) 擊時產(chan) 生的速度約為(wei) 3.5m/s。

 我們(men) 實驗室采用的是XJBCX擺錘衝(chong) 擊試驗機，如圖2所示。

圖2 XJBCX擺錘衝(chong) 擊試驗機

該試驗機有2.75 J、5.5 J、11J和22 J四種能量的懸臂梁擺錘，適用於(yu) 大多數的塑料試樣。

 試樣要求：模製材料寬在 3.17~12.7mm（0.125~0.500in）的範圍內(nei) 。尺寸小於(yu) 12.7mm（0.500in）的所有試樣都應在較短麵開缺口。另外，所有壓模試樣都應在平行於(yu) 模壓施加方向的麵上開缺口。寬度小於(yu) 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。標準樣條規格如圖3所示。

 圖3 懸臂梁型試驗試樣的尺寸

注：缺口剩餘(yu) 寬度A應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）；樣品厚度不得大於(yu) 12.7mm。

圖4 缺口深度微分尺的規格

樣品狀態調節：23±2℃，50±10%RH的條件下至少調節40h，並在該條件下進行測試。有爭(zheng) 議時，應在23±1℃和50±5%RH下進行測試。

 測試步驟：

1)準備至少5個(ge) 樣品，若要測多個(ge) 方向，每個(ge) 方向至少5個(ge) 樣品。

2)預估樣品斷裂所需能量，並選擇一個(ge) 合適能量的擺錘；使用既能使一組試驗中的每個(ge) 試樣斷裂，而能耗不超過其擺錘能量的 85%的最輕的標準擺。（太重的擺錘會(hui) 減小讀數的靈敏度）

3)測量試樣的寬度和厚度，精確至0.025mm。

4)記錄衝(chong) 擊時試樣吸收的能量，並處以試樣的橫截麵積（或寬度），得到衝(chong) 擊強度。

5)計算每組試樣中相同斷裂類型的平均值。

 方法C 衝(chong) 擊能量小於(yu) 27J/m 材料的懸臂梁試驗

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衝(chong) 擊，該方法測得的能量可認為(wei) 是拋擲樣品衝(chong) 擊端的能量，然後用原來得到的能量值減去該能量便可得到修正後試樣斷裂所吸收的能量，稱為(wei) 淨懸臂梁衝(chong) 擊能量。用該能量值計算得到的衝(chong) 擊強度稱為(wei) 淨懸臂梁衝(chong) 擊強度。當衝(chong) 擊能量大於(yu) 27 J/m時，拋擲能量相對於(yu) 斷裂能量可忽略不計，可直接使用方法A進行測試。

 方法D 缺口半徑靈敏度試驗

除以下幾個(ge) 方麵，其他同方法A。

 開缺口：

除了 10 個(ge) 試樣應開缺口半徑為(wei) 0.25mm（0.010in），10 個(ge) 試樣應開缺口半徑為(wei) 1.0mm（0.040in）外，其餘(yu) 開缺口應按圖中的規定進行。

步驟：

1)試驗每種缺口半徑的試樣 10 個(ge) 。

2)應計算每組的平均衝(chong) 擊強度，隻是在每組內(nei) 斷裂類型須統一為(wei) C、H、C 和 H，或 P。

3)如果缺口半徑為(wei) 0.25mm(0.010in)的試樣不被衝(chong) 斷，該試驗是不適用的。

4)假如 10 個(ge) 半徑為(wei) 1.0mm（0.040in）缺口的任一試樣不能歸入 NB 類（非斷裂），則在得不到另外數據的情況下，缺口靈敏度方法不能使用，應從(cong) 同一樣品上製得一套新的試樣，缺口半徑為(wei) 0.50mm（0.020in），重複上述步驟。

 計算：

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

b=（E₂－E₁）/（R₂－R₁）

式中

E₂ =較大缺口的平均衝(chong) 擊能量，J/m（缺口）；

E₁ =較少缺口的平均衝(chong) 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

其他同方法A，隻是夾持試樣時要使衝(chong) 錘衝(chong) 擊在缺口麵的反麵，這樣缺口在衝(chong) 擊過程中受到的就是壓力而不是拉伸應力。（如圖5）

圖5 懸臂梁試驗方法E的台鉗、試樣、衝(chong) 擊邊的相互關(guan) 係

 反向缺口試驗采用的是標準的 0.25mm（0.010in）缺口試樣，以提供無缺口衝(chong) 擊強度指標，反向缺口試驗的應用避免了在試驗前機加工無缺口樣條至所需的 10.2±0.05mm（0.400±0.002in）深度的要求，且提供了標準缺口試驗（試驗方法 A、C）同樣的試樣安裝的便利。值得注意的是，由反向缺口試驗所得的結果不總是與(yu) 機加工至 10.2mm（0.400in）厚度要求的無缺口樣條所得的結果一致。

 標準ASTM D256-2010E1同GB/T 1843-2008相比，差異主要體(ti) 現在以下幾個(ge) 方麵： 

 總的來說，這兩(liang) 個(ge) 標準之間的差異較大，得到的結果不可比較，我們(men) 實際測試中，通常選用的方法仍然是GB/T 1843-2008 塑料 懸臂梁衝(chong) 擊強度的測定。