聚合物冲击性能测试

实验六聚合物的冲击性能测试

一、实验目的

1.了解高分子材料的冲击性能。

2.理解ZBC-4型简支梁冲击实验机测试聚合物冲击性能的基本原理，

熟悉其使用的基本操作。

二、实验原理

冲击性能测试在摆锤打击简支梁试样的中央，使试样受到冲击而断裂，试样断裂时单位宽度所消耗的冲击功即为冲击强度。其原理是将试样安防在简支梁冲击机的规定位置上然后利用摆锤自由落下，对试样施加冲击弯曲负荷，使试样破裂。用试样单位截面积所消耗的冲击功来评价材料的耐冲击韧性。

冲击试验的方法很多，根据实验温度可分为常温冲击、低温冲击和高温冲击三种，依据试样的受力状态，可分为摆锤式弯曲冲击（包括简支梁冲击GB1043和悬臂梁冲击GB1843），拉伸冲击、扭转冲击和剪切冲击；依据才用过的能量和冲击次数，可分为大能量的一次冲击（简称一次冲击试验或落锤冲击实验GB11548）和小能量的多次冲击实验（简称多次冲击实验），不同材料或不同用途可选择不同的冲击实验方法，由于各种试验方法中试样受力形式和冲击物的几何形状不一样，不同的试验方法所侧得的冲击强度结果不能相互比较。

实验时摆锤挂在机架的杨臂上，摆锤杆的中心线与通过摆锤杆轴心的铅垂线成一角度为α的扬角，此时摆锤具有一定的位能；然后计摆

锤自由落下，在它摆到最低点的瞬间其位能转变为动能；随着试样断裂成两部分，消耗了摆锤的冲击能并使其大大减速；摆锤的剩余能量使摆锤继续升高至—定高度，β为其升角。加以W 表示探锤的质量．l 为探锤杆的长度，则摆锤的初始功0A 为：

(1cos )A Wl =-0α

（35--1） 若考虑冲断试样时克服的空气阻力和试佯断裂而飞出时所消耗的功，根据能量守恒定律，可用式(35—2)表示：

201(1cos )m 2

A Wl A A A =+++++αββυ （35--2） 通常，式(35—2)后三项都忽略不计，则可简单地把试样断裂时所消耗的功表示为：

0(cos cos )A Wl =+βα （35--3）

式中除β角外均为已知数。因此，根据摆锤冲断试样后的升角β的数值即可从读数盘直接读取冲断试样时所消耗功的数值。

简支梁冲击试验是使用已加能量的把锤一次性冲击支承成水平梁的试样并使之破坏，冲击线应位于两支座(试样)的正中间．被测试样若为缺口试样，则冲击线应正对缺口；悬臂梁冲击试验则由已知能量的摆锤一次性冲击垂直固定成悬臂梁的试样的自由端，摆锤的冲击线与试样的夹且和试样缺口的中心线相隔—定距离。根据摆锤的冲击前初始能量与冲击后摆锤的剩余能量之差，确定试样在破坏时所吸收的冲击能量，冲击能量除以冲击截面积，就得到试样的单位截面积所吸收的冲击能量．即冲击强度。

三、实验原料及主要的设备仪器

实验原料：注塑成型实验所得的样品

实验设备仪器：ZBC-4型简支梁冲击实验机和游标卡尺

四、实验步骤

1.实验准备

（1）试样的制备和外观检查，按GBl043--93规定进行；试样的状态调节和实验环境按GB2918规定执行。

（2）试样编号．对于无缺口试样．分别测出试样中部边缘和试样端部中心位置的宽度和厚度，并取其平均值为试样的宽度和厚度．准确至0.02mm；缺口试样应测量缺口处的剩余厚度．测量时应在缺口两端各测一次，取其算术平均值。

（3）熟悉冲击试验机，检查机座是否水平。

（4）在确认仪表的电源连线和信号连线连接无误后，按下控制盒后面的电源开关，使系统上电，上电后约2秒钟，液晶显示屏上显示应正常，否则应检查电气系统是否有故障。

（5）检查冲击试验机是否有规定的冲击速度．并根据试样破坏时所需的能量选择试验机摆锤，使消耗的能量在摆锤总能量的10％~85％内。若符合这一能量范围的不止一个摆锤时，应该用最大能量的摆锤。（6）调节刻度盘指针零点，使它在摆锤处于起始位置时与主动针接触。进行空白实验．保证总摩擦损失不超过摆锤冲击试验机特性参数的规定．否则进行冲击试验机的校准。

2.实验步骤

（1）根据试样尺寸，进行实验机样条跨度L的调节，跨度数值根据试样类型进行选择，参照GB1043—1993执行。

（2）拾起并锁住摆锤，将试样按规定放置在两块撑块上，将面紧贴在直角支座的垂直面上．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．如图3-6所示。

（3）选择试验方法：用“试验方法”键进行切换窗口显示。选择所需要的试验方法。试验方法包括简支梁和悬臂梁两种。显示在显示窗口的右下角。开机记忆上次选择的试验方法。

（4）选择量程：按“量程”键进行切换窗口显示，选择所需要的量程。显示在显示窗口的中下部位。

（5）输入试样形状、编号、温度。

试样形状默认有缺口试样，试样温度默认值25℃；

按“试样形状”→“数字”→“确认”键，设置试样形状。

按“试样批号”→“数字”→“确认”键，设置试样批号。

按“试样温度”→“数字”→“确认”键，设置试样温度。（6）预置试样长度、宽度、厚度和缺口深度。

按“试样长度”→“数字”→“确认”键，设置试样长度。

按“试样宽度”→“数字”→“确认”键，设置试样宽度。

按“试样厚度”→“数字”→“确认”键，设置试样厚度。

按“缺口深度”→“数字”→“确认”键，设置试样缺口深度。默认值为0mm。

（7）待指针拨至满量程位置。

（8）扳动手柄抓钩，平稳释放摆锤．从能量度盘上读取试样吸收的冲击能量并记录。

五、实验注意事项

（1）摆锤举起后，人体各部分都不要伸到重锤下面及摆锤起始处。（2）冲击实验时注意避免样条碎块伤人。

（3）扳手柄时，用力适当，切忌过猛。

（4）试样冲断后应及时捡回并观察断裂情况是否符合要求。

六、实验数据记录

缺口试样简支梁冲击强度αk

α

k =

A k

b∙d k

×103=

0.5172 J

2.76×9.45

×103=19.8 KJ/m2

式中 A k—缺口试样吸收的冲击能量，J。

b—试样的宽度，mm

d k—缺口试样缺口处剩余厚度，mm

七、实验误差分析

（1）本实验只进行了一次测试，存在的偶然误差较大。

（2）用游标卡尺测量试样的宽度和厚度存在一定的读数误差。（3）试样的位置会影响试样冲击性能的测试

（4）环境因素的影响。材料的冲击性能的测试依赖于温度。