冲击实验和硬度实验

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1、冲击实验冲击实验 实验目的实验目的 1.熟悉高分子材料冲击性能测试的方法、操作及其实验结果处理； 2.了解测试条件对测定结果的影响。 实验原理实验原理 对硬质高分子材料试样施加一次冲击负荷使试样破坏，记录下试样破坏时或过程中单位试 样截面积所吸收的能量，即冲击强度，来衡量材料冲击韧性。根据实验中试样受力形式和冲击 物的几何形状，板、条试样的冲击实验方法可分为：简支梁冲击实验、悬臂梁冲击实验和落锤 式冲击实验；薄片和薄膜试样的冲击实验方法有抗摆锤冲击或自由落镖冲击实验。所有冲击实 验均应按GB2918规定，在（232）、常湿下进行试样环境调节，调节时间不少于4 小时。 A.简支梁冲击实验简支梁冲

2、击实验 原材料试样原材料试样 （1）注塑标准试样 试样表面应平整、无气泡、裂纹、分层和明显杂质。缺口试样缺口处应无毛刺。 （2）板材试样 板材试样厚度在313mm 之间时取原厚。大于13mm 时应从两面均匀地进行机械加工到 100.5 mm。 4 型试样厚度须加工到13mm。 当使用非标准厚度试样时， 缺口深度与试样厚度尺寸之比也应分别满足表3.1-8 的要求。 当 厚度小于3mm 的试样不做冲击实验。 试样制备试样制备 （1）模塑料或挤出料 按受试材料的产品标准规定制备试样。若产品标准没有规定，可另按GB5471 和GB9352制 备试样。I型试样可以从标准多用途试样上切取。 （2）板材 板

3、材试样是将板材进行机械加工制备。试样缺口可在铣床、饱床或专用缺口加工机上加工。 加工刀具应无倾角，工作后角为150200。推荐刀尖线速度约为90185mmin，进给速率为 10130mmmin。检查刀具的锐度，如果半径和外形不在规定范围内，应以新磨的刀具更换。 （3）层压材料 层压材料应在使冲击方向垂直千层压方向（板面方向）和平行于层压方向（板边方向）上 各切取一组试样。 如果受试材料的产品标准有规定，可用带模塑缺口的试样。模塑缺口试样和机械加工缺 口的试样实验结果不能相比。除受试材料的产品标准另有规定外，每组试样数应不少于10个。 各向异性材料应从垂直和平行于主轴的方向上各切取一组试样。 本

4、次实验试样是用多型腔模具注塑成型的共聚聚丙烯（CPP，MFR=15g/10min）长条试 样作为无缺口试样，在CPP 长条试样上用机械加工方法铣出U 型缺口的长条作为缺口简支梁 冲击试样。 实验设备实验设备 （1）实验机 本实验采用IZOD WJ40冲击试样机。实验机应为摆锤式，并由摆锤、试样支座、能量指示 机构和机体等主要构件组成。能指示试样破坏过程中所吸收的冲击能量。 （2）摆体 摆体是实验机的核心部分，它包括旋转轴、控杆、摆锤和冲击刀刃等部件。旋转轴心到摆锤打击中心的距离与旋转轴心至试样中心距离应一致，两者之差不应超过后者的1%。冲击刀 刃规定夹角为30o1o，端部圆弧半径为2.00.5

5、mm。摆锤下摆时，刀刃通过两支座间的中央偏差 不得超过0.2mm， 刀刃应与试样的打击面接触。 接触线应与试样长轴线相垂直， 偏差不超过2o。 （3）试样支座 为两块安装牢固的支撑块，能使试样成水平，其偏差在1/20 以内。在冲击瞬间应能使试样 打击面平行于摆锤冲击刀刃，其偏差在1/200以内。两支撑块的位置应可调节，其间隔应满足要 求。支撑刃前角为50，后角为10o1o，端部弧半径为1mm。 （4）能量指示机构 能量指示机构包括指示度盘和指针。应对量度盘的摩擦、风阻损失和示值误差做准确的校 正。 （5）机体 机体为刚性良好的金属框架，并牢固地固定在质量至少为所用最重摆锤质量40 倍的基础 上

6、。 实验步骤实验步骤 （1）对于无缺口试样，分别测量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。 （2) 根据试样破坏时所需的能量选择摆锤， 使消耗的能量在摆锤总能量的10%85%范围内。 若符合这一能量范围的不只一个摆锤时，应该用最大能量的摆锤。 （3）调节能量度盘指针零点，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 证总摩擦损失满足要求。 （4) 抬起并锁住摆锤，把试样按规定放置在两支撑块上，试样支撑面紧贴在支撑块上，使冲 击刀刃对准试样中心，缺口

7、试样刀刃对准缺口背向的中心位置。 （5）平稳释放摆锤，从度盘上读取试样吸收的冲击能量。 （6）试样无破坏的冲击值应不作取值，实验记录为不破坏或NB。试样完全破坏或部分破坏 的可以取值。 （7) 如果同种材料可以观察到一种以上的破坏类型， 须在报告中标明每种破坏类型的平均冲 击值和试样破坏的百分数。不同破坏类型的结果不能进行比较。 实验数据处理实验数据处理 宽/cm 厚/cm 冲击强度/Kgcm 试样 1.538 1.014 18.5 无缺口试样简支梁冲击强度： a=18.5kgcm/(1.538mm1.014mm)=11.863 kgcm/mm2 思考题思考题 1. 在实验中哪些因素会影响测定

8、结果？ 答：影响实验结果的因素： 仪器误差，安装位置（刀刃打击位置） ，是否紧靠支撑柱。 B.塑料悬臂梁冲击实验塑料悬臂梁冲击实验 原材料试样原材料试样 最佳试样为型试样，长L80mm，宽b10.00mm。 （1）模塑和挤塑料 应采用A型或B型缺口试样，最佳缺口为A型，如果要获得材料对缺口敏感性的信息，应实 验A型和B型缺口试样。 （2）试样制备 1）试样制备应按照GB5471、GB9352 或材料有关规范制备试样。型试样可按GB11997方 法制备的A 型试样的中部切取。 2）板材用机械加工制备试样应尽可能采用A型缺口的型试样。无缺口试样的机加工面不 应面朝冲锤。 3）各向异性的板材需从板材

9、的纵横两个方向各取一组试样。 4）试样缺口可在铣床、刨床或专用缺口加工机上加工。 本次实验试样是用多型腔模具注塑成型的共聚聚丙烯（CPP，MFR=15g/10min）长条试 样经机械加工方法铣出V 型缺口的长条作为缺口悬臂梁冲击试样。 实验设备实验设备 （1） 实验机 本实验采用WJ40悬臂梁冲击试样机。 摆锤式悬臂梁冲击实验机应具有刚性结构， 能测量破坏试样所吸收的冲击能量W，其值为摆锤初始能量与摆锤在破坏试样之后剩余能量的 差。应对该值进行摩擦和风阻损失的校正。 （2）摆锤 摆锤转轴中心应水平，冲击刃是半径为0.80.2mm 的圆柱面。冲击刃的轴线应水 平，并垂直于摆锤的运动平面。摆锤在整

10、个冲击过程中应与试样的整个被冲击面接触。其接触 线应与试样的纵轴线垂直，偏差在20范围内。 （3）摆锤旋转轴到试样中心冲击点之间的距离应在Lp1的范围内。 （4） 试样支座 为固定夹具和活动夹具组成的虎钳。 夹具的夹持面应平行， 偏差在0.025mm 以内。 虎钳所夹持的试样长轴线铅直， 与虎钳顶面垂直。 虎钳夹具的顶棱圆角半径为0.20.1mm。 当缺口试样夹在虎钳中时，其顶部平面即为缺口角平分面，偏差在0.2mm 以内。调整虎钳，使 试样位于冲击刀刃的中心，偏差在0.5mm以内，并且刀刃中心离虎钳顶面的距离为220.2mm。 应避免虎钳在夹持试样和实验过程中产生松动。 实验步骤实验步骤 （

11、1） 除有关方面同意采用别的条件激在高温或低温实验外，都应在与状态调节相同的环境中 进行实验。 （2）测量每个试样中部的厚度和宽度或缺口试样的剩余宽度bN，精确到 0.02 mm。 （3） 检查实验机是否有规定的冲击速度和正确的能量范围，破断试样吸收的能量在摆锤容量 的10至80范围内。若表1所列的摆锤中有几个都能满足这些要求时，应选择其中能量最大的 摆锤。 （4）进行空白实验，对实验机进行校正。 （5）抬起并锁住摆锤，把试样放在虎钳中夹住试样，测定缺口试样时，缺口应在摆锤冲击刃 的一边。 （6）释放摆锤，记录试样所吸收的冲击能，并对其摩擦损失等进行修正。 （7）试样可能会有四种破坏类型，完全

12、破坏（试样断开成两段或多段）、铰链破坏（断裂的 试样由没有刚性的很薄表皮连在一起的一种不完全破坏）、部分破坏（除铰链破坏外的不完全 破坏）和不破坏。测得的完全破坏和铰链破坏的值用以计算平均值。在部分破坏时，如果要求 部分破坏的值，则以字母P表示。完全不破坏时以NB 表示，不报告数值。 （8）在同一样品中，如果有部分破坏和完全破坏或铰链破坏时，应报告每种破坏类型的算术 平均值。 （9）将试样用反置冲击方式，重复实验步骤（3）至（8） 实验数据处理实验数据处理 宽/cm 厚/cm 冲击强度/Kgcm 空白/Kgcm 缺口试样 0.842 0.436 1.1 0.1 无缺口试样 1.020 0.42

13、2 6.3 0.1 a =(6.3-0.1)Kgcm/(0.842cm*0.436cm) =16.889Kgcm/cm2 ka=(1.1-0.1)Kgcm/(1.020-0.2)cm*0.422cm) =2.890Kgcm/cm2 思考题思考题 1. 影响悬臂梁冲击实验结果误差的因素有哪些？ 仪器误差，安装位置（刀刃打击位置） ，是否夹紧，缺口试样缺口的制作。 2. 有无缺口都应测试的材料? 对缺口敏感的材料，如 POM 等。无论有无缺口，都应做冲击强度测试。 球压痕硬度实验球压痕硬度实验 实验目的实验目的 1. 了解高分子材料球压痕硬度测定的方法原理； 2. 熟悉测定高分子材料球压痕硬度的操

14、作和影响测定结果误差的因素。 实验原理实验原理 硬度是指材料抵抗其它较硬物体压入其表面的能力。由于硬度是材料的弹性、塑性、韧性 等一系列力学性能组成的综合性指标，故常用于监控高分子材料加工生产中产品质量和完善工 艺条件。 球压痕硬度是指以规定直径的钢球，在实验负荷作用下，垂直压入试样表面，保持一规定 的时间后，试样单位压痕面积所承受的压力，以MPa表示。 实验试样实验试样 试样厚度应均匀，表面光滑、平整、无气泡、无机械损伤及杂质等。 试样厚度不应小于4mm， 试样大小应保证每个测量点中心与试样边缘距离不小于10mm， 各 测量点中心之间的距离不小于10mm。推荐试样尺寸为50504mm 或f5

15、04mm。 采用非平面测试表面或其他形状时，试样尺寸由有关的产品标准另行规定。 本次实验试样是用多型腔模具注塑成型的PS 和CPP长条试样， 以及热塑性塑料模压成型实 验中制备的PVC 板材经机械加工而得的片状试样。 实验仪器实验仪器 本实验采用H98球压痕硬度计，上海华侨仪器厂制造。 球压痕硬度计主要由机架、压头、加荷装置、压痕深度指示仪表和计时装置组成。 （1）机架 应为刚性结构，在最大负荷作用下，沿轴线方向的变形量不得大于0.05mm。机 架上带有可升降的工作台。 （2） 升降工作台 与主轴轴线的同轴度不应大于0.2mm。 主轴轴线与升降工作台平面应垂直， 其偏差不大于0.2%。 （3）

16、压头 为淬火抛光的钢球，直径5mm，硬度约为800Hv。公差应在标准直径的0.5%以 内。钢球在实验负荷作用下不应有任何变形和损伤。 （4）加荷装置 包括加荷杠杆、砝码和缓冲器，可对压头施加下列负荷： 初负荷为1.00 kgf（9.8N）； 实验负荷为5.00 kgf（49N）； 13.5 kgf（132N）； 36.5 kgf（358N）； 98.0 kgf（961N）。 各级负荷允许误差均为1%。 缓冲器应使压头对试样能平稳而无冲击地加荷，并控制加荷时间在23 秒以内。 （5） 压痕深度指示仪表 为测量压头压入深度的装置， 在00.5mm 测量段内， 精度0.005mm。 （6）计时装置能指示实验负荷全部加上后读取压痕深度的时间，计时量程不小于60s，准确 度为5%。硬度计的示值准确度应为4%。 实验