摆锤冲击强度的影响因素（下）

塑料的冲击强度通常采用摆锤冲击的形式测试，但因多种因素影响，摆锤冲击测试往往很难获得变异系数 ＜5% 的测试结果。

针对测试设备和试样材质等固有性能对冲击强度的影响，可点击链接查看详情：摆锤冲击强度的影响因素（上）。本文将对人员操作对冲击强度的影响进行分享和讨论。

在确定测试设备和材料后，摆锤冲击的流程为：试样成型、缺口加工、测试。从裂纹萌生和裂纹扩展角度看，成型工艺、缺口加工、测试细节是决定试样断裂过程吸收能量的关键因素。

大部分摆锤冲击样条都是通过注塑成型，或模压成型以及挤出成型后裁切得到。成型方式的不同会导致样品在结晶、取向、内应力上产生很大的区别。

模压成型的材料几乎是各向同性的，内应力较小；注塑成型一般会在流动方向上取向，也可通过控制注射速度、模温、保压压力等参数，结合模具设计，控制结晶度与内应力；挤出成型的样品在通过模具后往往会采用骤冷的方式，因此取向很明显，但结晶度较差。

注塑成型

模压成型

挤出成型

三种成型工艺中，最常用的是注塑成型，但不同的注塑工艺也会对样品微观结构造成很大影响。

通常注射温度过高会导致应力松弛，解取向增加，而注射温度过低会影响流动，产生熔接痕；注射速度过低则流动取向降低，过高会导致剪切加强，引起熔体破裂甚至样品烧伤等不适的情况；保压压力过高会产生飞边，过低会导致样品无法充满；保压时间太短，样品会产生变形，保压时间过长，样品内部甚至会产生负压；模温过低，样品冷却过快，内应力过大，模温太高，解取向增大。

结晶度越高、球晶尺寸越大，试样越脆，冲击强度越小；取向冻结度高，断裂需要破坏的主价键的比例提高，冲击强度越大；内应力越大，越容易产生裂纹，冲击强度往往越小。

在 Instron 的测试经验中曾遇到某种 HDPE，注塑成型试样的冲击强度是模压成型试样的冲击强度相差4倍，主要原因是注塑过程能很好地在流动方向上产生冻结取向，断裂时需要破坏的主价键比例大大增加。模压成型的试样没有取向，也没有控制好冷却过程，样品结晶度更高，断裂时需要破坏的主价键比例降低。

绝大部分材料都采用缺口冲击测试，高质量的缺口是确保冲击实验结果正确可靠的基础。

模塑缺口试样冲击强度往往大于机械加工的缺口试样，并且模塑的缺口试样和缺口尺寸还会受到成型工艺、模具收缩率等因素的影响，因此行业内通常采用机械加工的方式制备缺口。前面提到高结晶度的材料对缺口更加敏感，因此此类材料的缺口制备过程需要更加精细的控制。

根据刀片的运动方式，目前主流的缺口加工方式为线切割和旋转切割。

缺口的加工，一方面要考虑获得尺寸标准且稳定的缺口，另一方面要减少摩擦生热。稳定的缺口通常需要分多次精细切割，并且需要较低的给进速度。现代线切割方式的机器大都采用刀尖接触试样，并且一些高端机器退刀过程刀片和样品无摩擦，因此发热量大大减少。旋转切割由于较慢的给进速度，摩擦生热往往比线切割更严重，因此更需要很好的降温措施，才能获得更好的缺口。

好的缺口与烧焦的缺口

大部分材料都可以参考 ISO 2818 提供的参数做相应调整，以获得最佳的缺口制备效果。

在确保设备、样品都满足测试需求后，实际的测试过程还会受测试细节的影响。

锤头的选择

ISO 标准要求锤头吸收能量在 10%~80% 之间，并且几个锤头都满足需求的情况下，尽量用能量较高锤头。ASTM 标准则要求尽量用能量较小的锤头，并且吸收能量 <85%。

能量较高的锤头冲击过程中速度降低较少，试样断裂过程应变速率变化较小，更容易脆性断裂。小能量锤头测试过程速度降低较多，容易引起韧性断裂。在极端情况下，锤头的选择会引起测试结果巨大的变化。

*同时满足的情况下，按标准要求应选择能量更大的摆锤。例如有缺口冲击能量 30kJ/㎡，应选择 7.5J 摆锤。

*同时满足的情况下，按标准要求应选择能量更大的摆锤。例如有缺口冲击能量 30kJ/㎡，应选择 5.5J 摆锤。

试样摆放的影响

注塑试样因为存在脱模角，侧面实际上是梯形。简支梁冲击时，试样朝上和朝下摆放，会造成测试结果一定的偏差，在冲击强度较小的样条上尤其明显。

Instron 团队曾做过一种样条，两种摆放方式测冲击强度分别为1.3kJ/㎡ 和 1.2kJ/㎡。试样的对中也会明显影响测试结果，摆放试样时更应注意。

温度影响

温度升高，冲击强度提高，温度降低，冲击强度则降低。在常温测试中，抓取样条的时候要避免手接触试样缺口附近的位置，以免热传导引起升温。

Instron 团队曾做过一项测试，将样条放手里握 10s 后测试，发现冲击强度提高了 20%。此外，在低温冲击中，尤其是悬臂梁冲击，样条有一半夹在夹具内，夹具对试样的热传导不可忽视，需要将夹具也降低到测试温度，才能保证数据的准确性。

断裂样条动能的影响

在冲击强度较小的测试中，就不能忽略试样飞出去的动能，因此 ASTM D256 的方法 C 要求将断裂的试样捡回来再冲击一次，扣除试样动能。而在平时的测试中，也应注意试样的摆放，让飞出去的试样尺寸一致，以确保动能一致。

Instron 的摆锤试验系统拥有如下优势：

全自动缺口制样机采用线性切割，最大限度减少切割发热量。通过精确的单次切割量控制、准确的切割速度控制、定制刀片冷却系统以及独特的退刀方式，配合双缺口加载器和哑铃形试样的切边等装置，在保证缺口的高度准确情况下让样品制备既节省时间又节省人力，为您的冲击试验保驾护航。

*主要参考文献

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