塑料的沖擊強(qiáng)度通常采用擺錘沖擊的形式測(cè)試，但因多種因素影響，擺錘沖擊測(cè)試往往很難獲得變異系數(shù) ＜5% 的測(cè)試結(jié)果。

針對(duì)測(cè)試設(shè)備和試樣材質(zhì)等固有性能對(duì)沖擊強(qiáng)度的影響，可點(diǎn)擊鏈接查看詳情：擺錘沖擊強(qiáng)度的影響因素（上）。本文將對(duì)人員操作對(duì)沖擊強(qiáng)度的影響進(jìn)行分享和討論。

在確定測(cè)試設(shè)備和材料后，擺錘沖擊的流程為：試樣成型、缺口加工、測(cè)試。從裂紋萌生和裂紋擴(kuò)展角度看，成型工藝、缺口加工、測(cè)試細(xì)節(jié)是決定試樣斷裂過(guò)程吸收能量的關(guān)鍵因素。

大部分?jǐn)[錘沖擊樣條都是通過(guò)注塑成型，或模壓成型以及擠出成型后裁切得到。成型方式的不同會(huì)導(dǎo)致樣品在結(jié)晶、取向、內(nèi)應(yīng)力上產(chǎn)生很大的區(qū)別。

模壓成型的材料幾乎是各向同性的，內(nèi)應(yīng)力較小；注塑成型一般會(huì)在流動(dòng)方向上取向，也可通過(guò)控制注射速度、模溫、保壓壓力等參數(shù)，結(jié)合模具設(shè)計(jì)，控制結(jié)晶度與內(nèi)應(yīng)力；擠出成型的樣品在通過(guò)模具后往往會(huì)采用驟冷的方式，因此取向很明顯，但結(jié)晶度較差。

注塑成型

模壓成型

擠出成型

三種成型工藝中，經(jīng)常用到的是注塑成型，但不同的注塑工藝也會(huì)對(duì)樣品微觀(guān)結(jié)構(gòu)造成很大影響。

通常注射溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力松弛，解取向增加，而注射溫度過(guò)低會(huì)影響流動(dòng)，產(chǎn)生熔接痕；注射速度過(guò)低則流動(dòng)取向降低，過(guò)高會(huì)導(dǎo)致剪切加強(qiáng)，引起熔體破裂甚至樣品燒傷等不適的情況；保壓壓力過(guò)高會(huì)產(chǎn)生飛邊，過(guò)低會(huì)導(dǎo)致樣品無(wú)法充滿(mǎn)；保壓時(shí)間太短，樣品會(huì)產(chǎn)生變形，保壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，樣品內(nèi)部甚至?xí)a(chǎn)生負(fù)壓；模溫過(guò)低，樣品冷卻過(guò)快，內(nèi)應(yīng)力過(guò)大，模溫太高，解取向增大。

結(jié)晶度越高、球晶尺寸越大，試樣越脆，沖擊強(qiáng)度越小；取向凍結(jié)度高，斷裂需要破壞的主價(jià)鍵的比例提高，沖擊強(qiáng)度越大；內(nèi)應(yīng)力越大，越容易產(chǎn)生裂紋，沖擊強(qiáng)度往往越小。

在 Instron 的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)中曾遇到某種 HDPE，注塑成型試樣的沖擊強(qiáng)度是模壓成型試樣的沖擊強(qiáng)度相差4倍，主要原因是注塑過(guò)程能很好地在流動(dòng)方向上產(chǎn)生凍結(jié)取向，斷裂時(shí)需要破壞的主價(jià)鍵比例大大增加。模壓成型的試樣沒(méi)有取向，也沒(méi)有控制好冷卻過(guò)程，樣品結(jié)晶度更高，斷裂時(shí)需要破壞的主價(jià)鍵比例降低。

絕大部分材料都采用缺口沖擊測(cè)試，高質(zhì)量的缺口是確保沖擊實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確可靠的基礎(chǔ)。

模塑缺口試樣沖擊強(qiáng)度往往大于機(jī)械加工的缺口試樣，并且模塑的缺口試樣和缺口尺寸還會(huì)受到成型工藝、模具收縮率等因素的影響，因此行業(yè)內(nèi)通常采用機(jī)械加工的方式制備缺口。前面提到高結(jié)晶度的材料對(duì)缺口更加敏感，因此此類(lèi)材料的缺口制備過(guò)程需要更加精細(xì)的控制。

根據(jù)刀片的運(yùn)動(dòng)方式，目前主流的缺口加工方式為線(xiàn)切割和旋轉(zhuǎn)切割。

缺口的加工，一方面要考慮獲得尺寸標(biāo)準(zhǔn)且穩(wěn)定的缺口，另一方面要減少摩擦生熱。穩(wěn)定的缺口通常需要分多次精細(xì)切割，并且需要較低的給進(jìn)速度。現(xiàn)代線(xiàn)切割方式的機(jī)器大都采用刀尖接觸試樣，并且一些較好機(jī)器退刀過(guò)程刀片和樣品無(wú)摩擦，因此發(fā)熱量大大減少。旋轉(zhuǎn)切割由于較慢的給進(jìn)速度，摩擦生熱往往比線(xiàn)切割更嚴(yán)重，因此更需要很好的降溫措施，才能獲得更好的缺口。

好的缺口與燒焦的缺口

大部分材料都可以參考 ISO 2818 提供的參數(shù)做相應(yīng)調(diào)整，以獲得最佳的缺口制備效果。

在確保設(shè)備、樣品都滿(mǎn)足測(cè)試需求后，實(shí)際的測(cè)試過(guò)程還會(huì)受測(cè)試細(xì)節(jié)的影響。

錘頭的選擇

ISO 標(biāo)準(zhǔn)要求錘頭吸收能量在 10%~80% 之間，并且?guī)讉€(gè)錘頭都滿(mǎn)足需求的情況下，盡量用能量較高錘頭。ASTM 標(biāo)準(zhǔn)則要求盡量用能量較小的錘頭，并且吸收能量 <85%。

能量較高的錘頭沖擊過(guò)程中速度降低較少，試樣斷裂過(guò)程應(yīng)變速率變化較小，更容易脆性斷裂。小能量錘頭測(cè)試過(guò)程速度降低較多，容易引起韌性斷裂。在ji端情況下，錘頭的選擇會(huì)引起測(cè)試結(jié)果巨大的變化。

*同時(shí)滿(mǎn)足的情況下，按標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)選擇能量更大的擺錘。例如有缺口沖擊能量 30kJ/㎡，應(yīng)選擇 7.5J 擺錘。

*同時(shí)滿(mǎn)足的情況下，按標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)選擇能量更大的擺錘。例如有缺口沖擊能量 30kJ/㎡，應(yīng)選擇 5.5J 擺錘。

試樣擺放的影響

注塑試樣因?yàn)榇嬖诿撃＝牵瑐?cè)面實(shí)際上是梯形。簡(jiǎn)支梁沖擊時(shí)，試樣朝上和朝下擺放，會(huì)造成測(cè)試結(jié)果一定的偏差，在沖擊強(qiáng)度較小的樣條上尤其明顯。

Instron 團(tuán)隊(duì)曾做過(guò)一種樣條，兩種擺放方式測(cè)沖擊強(qiáng)度分別為1.3kJ/㎡ 和 1.2kJ/㎡。試樣的對(duì)中也會(huì)明顯影響測(cè)試結(jié)果，擺放試樣時(shí)更應(yīng)注意。

溫度影響

溫度升高，沖擊強(qiáng)度提高，溫度降低，沖擊強(qiáng)度則降低。在常溫測(cè)試中，抓取樣條的時(shí)候要避免手接觸試樣缺口附近的位置，以免熱傳導(dǎo)引起升溫。

Instron 團(tuán)隊(duì)曾做過(guò)一項(xiàng)測(cè)試，將樣條放手里握 10s 后測(cè)試，發(fā)現(xiàn)沖擊強(qiáng)度提高了 20%。此外，在低溫沖擊中，尤其是懸臂梁沖擊，樣條有一半夾在夾具內(nèi)，夾具對(duì)試樣的熱傳導(dǎo)不可忽視，需要將夾具也降低到測(cè)試溫度，才能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

斷裂樣條動(dòng)能的影響

在沖擊強(qiáng)度較小的測(cè)試中，就不能忽略試樣飛出去的動(dòng)能，因此 ASTM D256 的方法 C 要求將斷裂的試樣撿回來(lái)再?zèng)_擊一次，扣除試樣動(dòng)能。而在平時(shí)的測(cè)試中，也應(yīng)注意試樣的擺放，讓飛出去的試樣尺寸一致，以確保動(dòng)能一致。

Instron 的擺錘試驗(yàn)系統(tǒng)擁有如下優(yōu)勢(shì)：

全自動(dòng)缺口制樣機(jī)采用線(xiàn)性切割，最大限度減少切割發(fā)熱量。通過(guò)精確的單次切割量控制、準(zhǔn)確的切割速度控制、定制刀片冷卻系統(tǒng)的退刀方式，配合雙缺口加載器和啞鈴形試樣的切邊等裝置，在保證缺口的高度準(zhǔn)確情況下讓樣品制備既節(jié)省時(shí)間又節(jié)省人力，為您的沖擊試驗(yàn)保駕護(hù)航。

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