沖擊試驗是一個復雜且有爭議的題目，而且仍在變化之中。這些因素增加了為加工商的試驗挑選合適沖擊試驗儀器的難度。設計規劃試驗室時，沖擊試驗機與塑料配混機、擠出機及模塑設備一樣，是首選裝置之一。過去，只需在傳統的落錘式和擺錘式沖擊試驗機中選用一種即可，這應該很容易。具體選用哪種機型由原材料、最終用途以及用戶對試驗數據類型的偏好決定。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    傳統試驗機具有操作簡單、價格便宜、以及已有長期使用歷史等優點，因而一直受到廣大用戶的喜愛。尤其是用于帶缺口—伊佐德沖擊試驗的擺錘試驗機，在美國這是最常被選用的試驗。但是傳統試驗方式已經開始受到了挑戰。由于低精度及可重復性差的原因，一些原材料供應商的研究人員已經對這些簡單的試驗提出了異議。新型儀器改進了一部分這類缺陷。而且出現了放棄伊佐德沖擊報告(ASTM D256試驗協議中的一項)，轉向使用卡比試驗 (ISO 179)的現象。在歐洲，主要使用的也是另一種擺錘試驗方法。推動這一改變的主要力量來自汽車工業，這也是其全球標準化成果的一部分。而且，許多原料供應商、配混廠商以及添加劑母料供應商轉向采用儀器化沖擊試驗，這類試驗所用的裝置配有加載傳感器，它能提供更多的材料對沖擊載荷反應的詳細數據。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    “真實”試驗的趨勢使問題更加復雜。Instron公司的產品經理Frank Lio說∶“汽車緩沖器材料的試驗不同于已成型的汽車緩沖器的試驗。”Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    目前，通過儀器化和“真實”沖擊試驗得到的成熟數據，主要在原料供應商及配混廠商內部使用。加工商及其客戶要求的原材料規格數據，仍然以傳統的伊佐德及鏢沖擊試驗數據為主。事實上，一些資料表明，越來越多的塑料加工商更愿意自行進行沖擊試驗，以確保其產品性能保持一致，而不僅僅依賴于原材料供應商所提供的數據。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    匹茲堡Nova化學制品公司的苯乙烯類塑料專家Bob Elston指出∶“在其產品的工作環境極其惡劣并在結構方面有特定要求的廠家，你都能看到相應的沖擊試驗”。他列舉了煤氣管，PVC檔板，汽車配件，運動頭盔，滑雪靴，醫療設備以及玩具等制品廠。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    在過去十年里，傳統試驗裝置的設計也有了改進。比如在擺錘試驗機中，原來的刻度盤已逐步向數字讀出器轉變，很多試驗項目已經自動化。但是大多數在用系統仍然沒有改進。很多革新把機械式落錘和擺錘試驗機合二為一了。但是，除了少數每天要做數百個試驗的試驗室外，能夠自動給試樣加載的全自動系統還很少。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    什么是沖擊試驗？Tinius Olsen試驗設備公司的市場部經理Harry Yohn解釋說，沖擊試驗就是給試樣高速加載，然后測量試件的變化。試件的破壞分兩步∶首先，沖擊能量使試件產生裂紋，其后，試件承受更大的沖擊力使裂紋擴大并損壞。塑料沖擊試驗機的兩種基礎類型中，擺錘沖擊試驗機用于伊佐德(Izod)和卡畢(Charpy)試驗，拉伸沖擊測量被試樣吸收而造成其損壞的能量。另一類型是落錘試驗-加德納(Gardner)落錘適用于鋼性材料，尖頭落錘適用于薄膜。這些都是典型的合格/不合格類型試驗，它們給出50%的時間內破壞試件的平均沖擊能量。 Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    傳統試驗足以勝任控制質量的目的，但它們不能提供破壞機理或使成品發生破壞的原因。而且，傳統沖擊試驗僅能測量使試件產生破裂所需的能量，儀器化沖擊試驗提供高速應力/應變數據生成的曲線，通過它們可以區分韌性、脆性破壞，還可以區分造成裂紋起始的能量和傳遞的能量。后者能給出許多表達試件韌性細微區別的圖形，Yohn解釋說。除了傳統沖擊實驗的局限性外，還有其它因素促使沖擊試驗向儀器化沖擊發展。其中一個關鍵問題，是越來越多的產品涉及到可靠性，如醫療，汽車配件、玩具，管材等領域。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    Instron公司的Lio所引用的案例中，一家生產塑料梯子的公司，在對其產品進行從韌性到脆性破壞的試驗時，認識到了其困難性 — 因為在一定溫度下，其材料的彈性不足以恢復原形。該公司為一個城市的下水系統提供梯子。開始，這些梯子一直處于良好工作狀態，但在冬季里，當把這些塑料梯子砸入底座時，它們開始碎裂。結果，工人從梯子上摔了下來，因為梯子的橫檔已撐不住工人的重量。該公司已做了拉力試驗，但沒有在實際工作溫度下做沖擊試驗。這是一次昂貴的教訓∶該城市提出訴訟，并贏得了官司，法院判定該制造商支付賠償金，并更換所有梯子。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    Yohn指出，除溫度外，沖擊結果還受下列諸多因素的影響∶1.工作環境的潮度、濕度。2. 沖擊速率或應變率。3. 錘頭或搖錘的總動量。4. 試樣和沖擊錘的幾何形狀與尺寸，以及沖擊角度和方向等。5. 試件的成型方法(模壓、擠出或捏制)。6. 試件上缺口的加工方法。7. 試件在試驗機上的固定方式。 大約20%的擺錘沖擊試驗需要低溫試件。多數情況下，試件要被冷凍到規定的溫度，然后盡快在擺錘試驗機上(室溫下)進行試驗。然而在室溫下，試樣放置在夾具上的短時間里，其溫度也會升高，并對結果有輕微的改變。由于這個原因，汽車公司(每家都有自己的沖擊實驗規范)愿意使用經過冷處理后的試樣。因而很多試驗室配有“冷凍箱”，它能把伊佐德或卡畢試驗的夾具封閉起來。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    另有幾個因素增加了用戶對伊佐德和卡畢試驗的不滿，特別是原料供應商。美國Ceast的地區銷售代表Gerard Nelson指出，不足之處包括缺口的加工不準確或不正確，以及對韌性破壞和脆性破壞需做主觀判斷等。ISO和ASTM標準對試件的尺寸，沖擊速率，以及錘擊能量要求的差異使問題變得更加復雜。目前在用的大多數沖擊試驗裝置是非儀器化的。最大的原因是歷史造成的。行業擁有大量非儀器化的缺口伊佐德試驗數據。最常用的沖擊試驗標準不需要儀器化沖擊。另外，儀器化試驗系統的成本很高，而且還需要另外的專業技術。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    什么時候用什么樣的試驗沖擊試驗機的選擇主要取決于其用途— 研究開發、質量控制、物料特性、監控購入原料或是產品設計等。大多數情況下，客戶會提出他們的需求。比如汽車用品，可以引用ASTM，ISO或SAE標準中的試驗方法，也可以使用廠商自己的特定標準。Instron公司的Lio介紹說∶“一個通用汽車的銷售商當然希望使用通用汽車的沖擊試驗標準，該標準同ISO及ASTM標準有不同之處”。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    ASTM、ISO或其它的試驗標準都清楚地標明了其適用的塑料。比如，薄膜試驗要符合ASTM D1709標準，而用于汽車配件的聚碳酸酯的試驗，符合ASTM D3763或ISO6603-2中的一種標準即可。另外，有一個領域，由于沒有行業規范，還完全沒有試驗標準。此時可以對成型制品或成型組件(例如塑料煤氣儲罐)進行試驗。這種情況下需要熟悉成品的使用環境。例如，餐飲用塑料盤碟的生產廠商，其試驗除了要低于室溫外，還需模擬冷凍儲存時的情況。對沒有特殊試驗要求的成品質量控制試驗，制造廠家可以選用普通的擺錘式沖擊試驗機或落錘式沖擊試驗機。一般而言，由于使用不帶缺口的試樣，落錘沖擊試驗要相對容易一些。來自Tinius Olsen的Yohn說∶“落錘試驗，比如加德納沖擊，可用于塑料薄膜、乙烯類擋板等塑料板材。對牙刷試驗，可能要用擺錘式試驗機。但是在一系列的試驗基礎上，裝夾方法的安全性已經得到了改進。Nova的Elston，是ASTM靜態性能部的主席，注意到，工廠并不愿意把日用聚合物的試驗，從ASTM標準的缺口伊佐德試驗轉換為ISO標準的卡畢試驗。而對工程塑料及特種塑料，確實有向卡畢沖擊試驗轉變的趨勢。他說∶“目前，汽車行業以ISO/CAMPUS標準為主”。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    統一標準的計算輔助預選協會(CAMPUS)提出，一個全球原料供應商聯盟指定使用ISO標準。Stephen Sinker，Ticona公司的發展合作伙伴，在新澤西的高層會議上指出，應大量客戶的要求，他們公司已舍棄伊佐德試驗法，轉而采用卡畢試驗法。另一方面，Greg Jarrell，巴拿馬LNP公司的技術助理，則表示他們公司并沒有收到多少改換試驗方法的要求。總之，Ticona的Sinker預測，作為擺錘沖擊試驗的替代者，落錘沖擊試驗會得到廣泛應用。他指出，落錘沖擊試驗機通常用于像聚烯烴這樣具有韌性的材料。根據Sinker的說法，擺錘沖擊試驗機適用于脆性斷裂的材料，比如很多用來替代金屬的熱塑性工程塑料。LNP的Jarrell贊同由材料來確定所用的沖擊試驗方法 — 但這并不是唯一的因素。LNP用其有高沖擊的機械落錘沖擊試驗機，來完成玻璃增強聚合物 — 如Verton牌長玻璃尼龍66用PP材料的試驗。另一方面，他們公司在對40種不同的PP材料做伊佐德試驗以控制產品質量時，則大量使用非儀器化擺錘式沖擊試驗機。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    為什么用儀器化沖擊？儀器化沖擊試驗的應用范圍愈來愈廣，特別是在混合過程的研究開發以及任何需要檢測材料斷裂細節時。Tinius Olsen公司的Yohn指出，汽車工業對儀器化沖擊試驗的新關注，是因為他們要建立完善的塑料沖擊數據，而儀器化沖擊能更好地模擬真實情況。落錘沖擊試驗機和擺錘沖擊試驗機都可以實現儀器化沖擊，如Instron and Ceast出產的落錘沖擊試驗機，Tinius Olsen 和 Atlas生產的擺錘沖擊試驗機。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
   很多儀器化落錘試驗機兼有伊佐德和卡畢試驗的功能，不同試驗只需調換沖擊錘及夾具。然而，Ceast公司的Nelson指出，即便帶有這些固定裝置，這種落錘沖擊試驗仍然不能完全符合ASTM 標準的伊佐德試驗或ISO標準的卡畢試驗。而且，一個ASTM研究組織最近提供的證據表明，用這種試驗方法得到的某些原材料的數據，與傳統擺錘式沖擊試驗所得到的數據有一些出入。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
   使用儀器化沖擊時，在錘頭端部或擺錘上安放了一個測力元件。實施沖擊時，力-時間數據由一個快速數據記錄系統記錄、儲存。這些數據能生成一組曲線，用以表示力、能量、速度、變形等隨時間的變化。分析這些曲線，就可以得出產生裂紋，并使之擴大到完全破壞所需的力、能量及變形等等；分析曲線，還可以得到材料對沖擊的敏感度，以及材料從韌性破壞轉變為脆性破壞的溫度。儀器化沖擊式落錘試驗適用于薄膜、飾板、管件、以及像安全頭盔這樣的成品。儀器化沖擊擺錘試驗(Izod 方法和 Charpy方法)適用于標準試樣，以及從注射成型制品或模壓成型制品上切下來的試樣。一些落錘試驗機在機架上設有一個工作臺，用它裝夾完整的大型零件或機件。Nova公司的Elston說∶“我不認為有什么必要對日用聚合物做儀器化沖擊試驗。對于CD盒這樣的產品，做基本的落錘或伊佐德沖擊試驗就足夠了。但是，對剛性建筑產品，儀器化沖擊試驗是最理想的。”當然，情況也會改變的。在儀器化沖擊試驗機上配備壓電式傳感器后，大大改進了其靈敏度。這使儀器化沖擊試驗機也能適用于很輕的薄膜，海綿，以及多數用于包裝的材料。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
   擺錘試驗機的選擇，現在市場上最常見的沖擊試驗機是擺錘式的。多數試驗機配有不同的附件(錘頭和試樣夾具)，從而可以完成伊佐德試驗，卡畢試驗，以及拉伸 — 沖擊試驗。伊佐德驗和卡畢試驗有很多相似之處。兩種試驗使用的試樣都可以由模壓得到，或從一個大“八字”形拉伸試樣上切出來。伊佐德試驗用的試樣尺寸是2.5x0.5 in，而卡畢試驗用的試樣尺寸是5x0.5 in。兩種試驗用試樣的厚度均取決于被測材料的規格(在Izod試驗中，最常用的厚度是1/8 in).試驗前，要給試樣切口，并把試樣調整到所要求的溫度和濕度。每組試驗最少要有10個試樣，試驗結果取其平均值。伊佐德試驗的單位是lt-lb/in，卡畢試驗的單位是joule/m2。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    擺錘沖擊機由一臺機架、一個單臂或“扇形”擺，一個敲擊棒(或稱錘頭)組成，這些組件的幾何形狀必須符合試驗標準。質量和沖擊高度決定了錘頭的潛能。每臺擺錘試驗機都備有附加重物，并為伊佐德試驗提供一臺裝夾試樣的老虎鉗，為卡畢試驗配備鐵砧。塑料試驗機中一個較新的設計是扇形擺錘，它由Instron 和Tinius Olsen 公司提供。ASTM(美國材料試驗協會)的試驗項目中，對扇形擺錘的使用量已接近傳統擺錘。傳統擺錘由一個把質量集中在端部的細長擺桿組成。扇形擺錘類似于一個薄餅式楔，由軸承座固定在頂部，打擊凸緣集中在底部中間，呈圓形。由于這個扁平金屬楔處于沖擊擺動平面內，它的沖擊方向非常準確。這減少了機械擺動，也就是提高了試驗的精確性。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    不帶電子儀器的最基本的擺錘試驗機售價在5000美元左右。這樣的機器只用一個指針標示出撞擊試樣后擺錘擺動的最大值。指針在擺錘的帶動下移動，并停留在弧形的最高點。在帶動指針移動時，為克服磨擦力，擺錘的能量有微量損失。改良后的試驗機售價在10000-14000美金之間。這樣的裝置在支點上安裝了編碼器，用電子方式精確記錄擺臂的移動量。微處理自動控制器自動控制擺錘的下落，并自動收集數據。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    對于多數沖擊試驗—Izod缺口試驗和Charpy缺口試驗，需要特定的切口裝置，這些設備可以從試驗設備廠單獨購買。切口機在試樣上切去一個V形缺口。缺口的大小及形狀由試驗標準確定。缺口的目的是模擬零件局部損壞時的應力集中，并使試樣在承受沖擊時比較容易生成初始裂紋。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    試驗前，伊佐德試驗需要用老虎鉗固定試樣，卡畢試驗的試樣放在一個沒有夾鉗的鐵砧上即可。Izod試驗的缺點是固定試樣的夾緊力會改變并增加試樣的有效應力。他們會導致試驗結果的不確定性，并降低總能量的讀數。工業上用可重復的夾緊力來獲得基本一致的Izod試驗結果。現在，多數廠商會提供Izod試驗專用的虎鉗，這種虎鉗帶有一個可以設定最大夾緊力的整體加載元件。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    一些行內人士認為產生擺錘沖擊試驗誤差的主要原因是試樣缺口的不正確或不一致。缺口的幾何形狀決定了應力集中的程度，對缺口敏感性高的材料尤其如此。Instron公司的Lio指出，“有些切口機使缺口周圍的溫度升高，這會改變試樣的性能。”可用特定的切口機或標準的切削機加工缺口。正確的缺口需要正確的切割工具以及適當的技術。Tinius Olsen公司的Yohn也指出，即使是相同的切割工具，在切不同的材料時也會得到不同的缺口。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    行內持不同觀點的人還提出，帶缺口試樣的試驗，測量的僅是使裂紋擴張的能量，而不是產生初始裂紋的能量，因而它不能真實反應試樣的抗沖擊能力。當然，擺錘試驗機也適用于不帶缺口的Izod和Charpy 試驗。雖然沒有得到廣泛應用，但人們相信，不帶缺口的試驗可以測定造成裂紋的能量，也可以測定使裂紋擴張的能量。照Instron公司Lio的說法，這并不是類似拉伸沖擊的另一種無缺口擺錘試驗，它更像高速拉伸試驗。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    落錘試驗機，包括傳統的加德納尖頭落錘以及機械式下落塔，用于測量導致飾板、薄板，薄膜，管子，箱體以及模壓制品等產生破壞的總能量。最簡單和最便宜的是適用于剛性塑料的Gardner落錘試驗(ASTM D5054)機，以及適用于薄膜和彈性薄板的尖頭落錘試驗(ASTM D1709)機。這種裝置在塊狀或尖狀錘頭的端部放置有一定重量的物體，把錘頭舉到一定的高度后自由落向固定好的試樣。對基本裝置，最常用的錘頭重量是2、4和8磅，機械式下落塔所用的錘頭重量是50磅或更多。試驗程序很多，每組試驗要有30個之多的典型試樣。能量計算主要涉及ft-lb和in.-lb，或者是克(g)和沖擊頭的半徑，即∶錘頭重量，沖擊高度。沖擊高度和錘頭形狀的選取還沒有規范化，Instron公司的Lio認為∶“具體數值可以根據聚合物的應變速率決定。10磅的重物從2英尺高度落下的能量，與2磅的重物從10英尺高度落下的能量相同。但是，由于沖擊速度不同，它們產生的效果并不一樣。”大型薄膜制造廠及他們的樹脂供應廠商大量使用尖頭落錘試驗機。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE
    Dynisco Polymer公司的銷售和市場部經理John DeChristofaro估計，50%以上的薄膜制造廠用這種試驗監控他們的產品質量。公司會為試驗機提供一個手動試樣夾具，或是一種新型風力夾具。在過去的兩、三年里，Atlas已經為他們的尖頭落錘薄膜試驗機配備了總能量測量功能，該功能符合ASTM D4272新標準的要求。Atlas 聚合物業務經理 Bob Lattie 說，這套光電系統（把一個裝有光電二級管的盒子放在薄膜下）能夠記錄錘頭的速度變化，并自動計算被薄膜吸收的總能量。Ua1熱處理技術網 — 熱處理行業的超級智庫 CHTE 最全的熱處理技術信息網站 熱處理技術網 CHTE

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