淺談塑料懸臂梁沖擊強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)ASTM D256-2010E1
沖擊強(qiáng)度常用來(lái)評(píng)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(cè)定塑料的沖擊強(qiáng)度時(shí)，常用到的測(cè)試方法有懸臂梁沖擊方法和簡(jiǎn)支梁沖擊方法，而這兩種方法中又有缺口沖擊和無(wú)缺口沖擊兩種類(lèi)型。標(biāo)準(zhǔn)ASTM D256-2010E1主要是針對(duì)懸臂梁缺口沖擊方法制定的標(biāo)準(zhǔn)，本文通過(guò)對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的解讀，并將其與GB/T 1843-2008進(jìn)行了比較，簡(jiǎn)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(cè)試方法，即方法A、方法C、方法D以及方法E（方法B為簡(jiǎn)支梁沖擊，已被移走并用新標(biāo)準(zhǔn)號(hào)重新出版）。方法A與方法C類(lèi)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(cè)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(wú)缺口沖擊強(qiáng)度，然而用該方法所取得的測(cè)試結(jié)果與完全無(wú)缺口樣品取得結(jié)果并非一致。以下便是對(duì)這幾種測(cè)試方法的詳細(xì)介紹。
方法A 懸臂梁試驗(yàn)
注解：
1、沖擊刃曲率半徑0.80±0.20mm；
2、沖擊刃與樣品初次接觸點(diǎn)距離臺(tái)鉗頂面22.0±0.05mm；
3、臺(tái)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。
該試驗(yàn)機(jī)有2.75 J、5.5 J和11J、22 J三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(kāi)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(kāi)缺口。寬度小于6.4mm的試樣對(duì)夾持壓力很敏感，研究表明該類(lèi)試樣吸收的能量偏大，因此推薦使用寬度6.4mm以上的樣品。
A 10.16±0.05 mm
B 31.8±1.0 mm
C 63.5±2.0 mm
D 0.25R±0.05 mm
E 12.70±0.20 mm
注：缺口剩余寬度A應(yīng)用千分尺或其他合適測(cè)量工具來(lái)測(cè)量（如圖4所示的缺口深度微分尺）；樣品厚度不得大于12.7mm。
測(cè)試步驟：
1)準(zhǔn)備至少5個(gè)樣品，若要測(cè)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(guò)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(cè)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(lèi)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(cè)得的能量可認(rèn)為是拋擲樣品沖擊端的能量，然后用原來(lái)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(chēng)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(chēng)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(duì)于斷裂能量可忽略不計(jì)，可直接使用方法A進(jìn)行測(cè)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(kāi)缺口：
除了 10 個(gè)試樣應(yīng)開(kāi)缺口半徑為 0.25mm（0.010in），10 個(gè)試樣應(yīng)開(kāi)缺口半徑為1.0mm（0.040in）外，其余開(kāi)缺口應(yīng)按圖 3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(lèi)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(lèi)（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(xiàn)，假如適用的話(huà)，還有缺口半徑為 0.50mm（0.020in）的，連線(xiàn)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(guò)程中受到的就是壓力而不是拉伸應(yīng)力。（如圖5）
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(wú)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(wú)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(wú)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：
ASTM D256-2010E1 | GB/T 1843-2008 | |
樣品尺寸 | 64±2mm×12.7±0.2mm | 80±2mm×10.0±0.2mm×4.0±0.2mm |
缺口 | 缺口深度：2.54mm | 缺口深度：2.00mm |
狀態(tài)調(diào)節(jié) | 若無(wú)其他規(guī)定，應(yīng)在 23±2℃和 50±10%相對(duì)濕度條件下進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)不少于 40 h | 若無(wú)其他規(guī)定，應(yīng)在 23±2℃和 50±5%相對(duì)濕度條件下進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)不少于 16 h |
擺錘選擇 | 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(guò)其擺錘能量的 85%的最輕的標(biāo)準(zhǔn)擺 | 沖斷試樣吸收的能量應(yīng)在擺錘標(biāo)稱(chēng)能量10%~80%范圍內(nèi),若有多個(gè)擺錘符合要求，應(yīng)選擇能量較大的擺錘 |
總的來(lái)說(shuō)，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(cè)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(cè)定。
