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塑料冲击试验

冲击试验用于测定材料在高变形速率下的材料性能。摆锤冲击试验机、落锤冲击试验机和高速试验机用来表征塑料经受冲击载荷时的性能。

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试验系统执行冲击试验的性能对比

试验系统执行冲击试验的性能对比

仪器化落锤试验机
高速试验机
传统落锤试验机
传统摆锤冲击试验机
仪器化冲击试验机
Instrumentierte Fallwerke HIT230F für die Schlagprüfung an Kunststoffen

仪器化落锤试验机

  • 仪器化落锤试验机有一个力传感器和一个光栅,可以精确测量速度以及高速采样测量值。
  • 可让您在穿刺试验中获取整个过程的试验力-位移曲线图。
  • 这些示意图可帮助用户计算特征试验力点以及吸收的冲击能量。
Hochgeschwindigkeits-Prüfmaschine HTM5020

高速试验机

  • 高速试验机配备液压驱动,试验速度可达20 m/s。
  • 高速试验机为仪器化试验机,用于在高应变速率下灵活地执行高速拉伸试验、穿刺和弯曲试验。
  • 它们可以执行与冲击试验机和仪器化落锤冲击试验机相关的试验方法。这种类型的试验机有一个主要优点是剩余能量,配合特殊的控制,使速度在整个试验过程中几乎是恒定的。

传统落锤试验机

  • 传统落锤试验机是基于直线下落的原理运行的。
  • 冲击头带着一定质量从设定好的高度落下。
  • 由于在试样穿刺后没有其他测量,这些简单的落锤冲击试验机被用于配合阶梯法或连续法判定合格/不合格。
HIT Pendelschlagwerke zur Bestimmung der Schlagzähigkeit bzw. Kerbschlagzähigkeit

传统摆锤冲击试验机

  • 传统摆锤冲击试验机通过测量冲击后摆锤上升的高度,计算标准试样到断裂时所吸收的冲击能量。
  • 其结果是冲击强度缺口冲击强度,对应与面积的关系,比如kJ/m²。
  • 在测试管材时,摆锤冲击试验机也被用于判定试样断裂合格/不合格,不会给出一个可量化的测试结果。
Instrumentiertes Pendelschlagwerk - Schlagzugprüfaufbau am Bock

仪器化冲击试验机

  • 仪器化冲击试验机配备有一个力传感器和高速测量值采集器,可以每秒记录多达 4 百万个力和时间数值。
  • 除了冲击能量数值,它可以给出其他的数据,比如力和弯曲曲线或者断裂力学特性。

冲击试验机进行冲击试验

四个标准摆锤冲击试验方法:

  • 简支梁试验(ISO 179-1、ASTM D6110)
  • 仪器化的简支梁试验(ISO 179-2)
  • 悬臂梁试验(ISO 180、ASTM D256、ASTM D4508)和“无缺口悬臂梁冲击”(ASTM D4812)
  • 冲击试验(ISO 8256 和 ASTM E1822)
  • Dynstat冲击试验(DIN 53435)

ISO和ASTM冲击试验的区别

在ISO试验中,每个摆锤可以使用的能量为它额定初始势能的10%到80%。ASTM允许使用最高到85%。

ISO和ASTM之间的根本性的区别是摆锤尺寸的选择。按照ISO,必须使用尽可能大的摆锤,尽管不同摆锤尺寸的能量重叠是很小的。这个要求是为了将试样被冲击时的速度衰减降到最低。而采用ASTM标准,标准摆锤具备2.7 J额定初始势能,其他的摆锤尺寸是成倍增长的。这里,试验应该用范围里最小的摆锤。

不同摆锤冲击试验机的对比

简支梁冲击试验(ISO 179-1、ASTM D6110)

在运用单点数据的标准时,ISO 10350-1、简支梁的ISO 179-1是理想的测试方法。采用摆锤刀口向前冲击(1eU),无缺口试样比较适用于这个试验。如果试样在这种配置下没有发生断裂,则使用缺口试样进行试验。此时测试结果没有直接可比性。如果缺口试样还没有断裂,那么可以使用冲击拉伸方法。

简支梁冲击试验的优势:

  • 相比悬臂梁冲击试验,简支梁冲击试验方法具有更广泛的应用,更适用于测试显示层间剪切断裂或表面效应的材料。
  • 此外,简支梁试验方法在低温测试中也有优势。由于试样支座离缺口较远,防止了热量快速传播到试样的重要区域。

仪器化的简支梁冲击试验(ISO 179-2)

通过测量实时的试验力,可以用高质量的测量技术通过二重积分得到一个高度精确的力与时间的曲线图。得到的数据有很多用途。

  • 附加的特性值可以帮助更好地理解材料的性能。
  • 断裂力学特性值
  • 自动的、不依赖操作者的断裂类型判定,可从力与位移曲线图上得出

测量值的曲线通常反映出波动特性。这些是试样的频率波动,而频率与试样的几何结构、尺寸以及聚合物的模量有确定的功能性的关系。

另一个仪器化的很重要的特点是大测量范围。不同于传统摆锤冲击试验机,仪器化冲击试验机是测量力来替代能量。由于测量电子设备允许精确测量到额定试验力的1/1000,可测量的冲击能量的最小值通常是由测试时长和测量元件的自然频率决定的。因此用两个仪器化摆锤测得的数据覆盖ISO 179-2标准中描述的整个测量范围是可能的:仪器化的5 J摆锤用于2.9 m/s的冲击速度,50 J摆锤用于3.5 m/s的冲击速度。用这种方法,悬臂梁试验和冲击拉伸试验也可以仪器化。

悬臂梁冲击试验(ISO 180、ASTM D256、ASTM D4508、ASTM D4812)

  • 在ASTM标准中,ASTM D256悬臂梁试验方法是很常用的。在这里总是采用缺口试样来进行试验。
  • 使用较少的试验方法是在ASTM D4812中阐述的无缺口悬臂梁冲击试验方法,类似于悬臂梁试验方法,但是采用无缺口试样进行试验。
  • 如果只能制造小试样,可以用ASTM D4508规定的薄片冲击试验方法。它是与Dynstat冲击试验对应的试验方法。

Dynstat冲击试验(DIN 53435)

  • 一些德国汽车制造商采用Dynstat冲击试验方法测试小试样。这个方法的优点在于使用从相对小的部件上取下的很小的试样。
  • 这个方法只在DIN标准中出现。

塑料圆盘样品的穿刺试验

穿刺试验对模塑材料是十分重要的。该试验类型在一个薄的圆盘上施加一个多轴应力,这是在高应变速率下诱导的。测试结果:一个力和时间的曲线图或力和位移的曲线图,同时还有描述曲线图上特性值的变形量和最大试验力的单点数据。

圆盘的穿刺试验有以下标准:ISO 6603-2ASTM D3763ISO 7765-2是一个标准的更新版本,用于测试薄膜。

测试使用的落锤高度为1米,冲击速度达到4.43 m/s。落锤的势能必须至少是被试样吸收的穿刺能量的2.73倍。这可确保在将速度损失限制在最多为冲击速度的20%后符合标准中的规定。

对于粘性聚合物,例如聚碳酸酯,特别在压头顶端有摩擦的情况下,测试结果会有很大偏差。因此,标准规定了压头必须被轻微地润滑。

在低温测试中,塑料圆盘样品必须在试验温度中调解足够的时间。根据试验温度,可以使用商用低温温度箱。低温温度箱应该放在离试验仪器近的位置。在测试中,试样从低温温度箱中取出再放置在落锤冲击试验机中。几秒钟后进行测试。

HIT 230F落锤冲击试验机的设计使得更容易在试样试验台上操作。使操作人员可以在夹持试样时双手离开试验机(包括所有可移动物体)。这意味着对操作人员来说没有危险,试验也可以在几秒内进行。和带有集成环境试验箱的试验机相比,HIT 230F可以对更大的试样量进行穿刺试验且操作更简便。

用高速试验机做冲击试验

HTM高速试验机可以广泛用于塑料测试。它有很高的测试速度和更广的载荷范围,可以灵活运用于拉伸和压缩试验。环境试验箱可以配合测试提供更广的温度范围。

用高速试验机可执行的试验方法对比

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