塑料冲击强度测试摆锤锤头重量选择方法
2025-09-16在塑料力学性能检测领域，冲击强度是评估材料韧性的核心指标，直接关系到塑料产品在实际应用中的抗冲击能力与安全可靠性。摆锤冲击测试作为测量塑料冲击强度的主流方法，其结果准确性受多重因素制约，而锤头重量（对应摆锤能量）的选择是其中极易被忽视却至关重要的环节。
国高材分析测试中心冲击试验机
不同样品测试时可能会有不同的吸收能量。摆锤的能量选择需同时考虑两个关键因素：
必须大于样品吸收能量：确保能够完全破坏试样
满足精度要求：保证测试结果在有效测量范围内
ISO 179-1 和 ISO 180 标准要求测试吸收能量在摆锤标称能量的 10%～80% 之间，而 ASTM D256 和 ASTM D6110 则要求测试吸收能量小于摆锤能量的 85%。
当多个摆锤均能满足测试需求时，选择策略有所不同：
ISO 标准：要求选择尽量大的摆锤
ASTM 标准：要求选择尽量小的摆锤
这种差异源于不同标准体系对测试精度和保守性的不同考量。
1. 已知冲击强度材料的选择方法
对于已知冲击强度的材料，可通过计算确定最合适的摆锤：
摆锤冲击强度通常有两种表示方式：
冲击功/截面积（单位：kJ/m²）
冲击功/试样厚度（单位：J/m）
选择步骤：
根据材料冲击强度和试样尺寸计算预期吸收能量
根据适用标准（ISO或ASTM）确定有效能量范围要求
选择符合能量范围要求的摆锤
当多个摆锤满足时，按标准要求选择最大或最小摆锤
2. 未知冲击强度材料的选择方法
对于未知冲击强度的新材料，建议采用以下策略：
-
初步评估：基于材料类型和相似材料数据估算冲击强度
摆锤能量范围
适用材料类型
典型应用
0.5J - 2J
低冲击强度材料
脆性塑料、薄壁制品
2J - 7.5J
中等冲击强度材料
通用塑料、普通工程塑料
7.5J - 15J
高冲击强度材料
增韧塑料、复合材料
15J - 50J
超高冲击强度材料
工程塑料、特种复合材料
预试验：从中等能量摆锤开始测试，观察试样破坏情况
迭代调整：根据初步结果调整摆锤能量，直至找到最合适的摆锤
正式测试：使用选定摆锤进行正式测试，确保结果在有效范围内
3. 特殊情况的处理
在实际测试中可能遇到一些特殊情况：
高冲击强度材料：可能需要组合使用多个高能量摆锤
低温测试：材料在低温下通常变脆，可选择较低能量摆锤
各向异性材料：需考虑材料方向性对测试结果的影响
各种材料都有其基本的性能，主要是由重复单元结构、分子链结构、聚集态结构等微观结构决定的。
重复单元结构决定了键能大小，键能越大越难断裂；分子链的结构决定了分子链的柔性，柔性分子链在受冲击时可以通过分子链变形传递能量，刚性分子链则因为难以传递能量而相对容易断裂；聚集态的结构主要是取向和结晶，结晶度高、球晶尺寸大，材料更脆，而取向度高的材料延垂直于取向方向冲击破坏时需要破坏更多主价键。重复单元结构会影响分子链结构，分子链结构又会影响聚集态微观结构。
总的来说，试样的材质决定了主价键断裂的难易程度，同时也决定了试样的结晶情况。因此，每种材料都有自身特性，也有比较典型的冲击性能。
高结晶度材料的裂纹扩展过程基本上是沿着晶体间隙进行的，因此不会涉及过多的主价键断裂，而是以次价键的破坏为主。裂纹扩展吸收的能量往往较小，冲击断面表现为直线延伸式的脆性断裂（如下图c）。裂纹萌生反而有可能会消耗大量的能量，因此高结晶度的材料往往表现出很高的缺口敏感性。
无定型材料的裂纹扩展过程中，主价键的断裂占据的比例增加，裂纹扩展吸收能量较大，冲击断面表现为扇形扩展式的韧性断裂（如下图a和b）。裂纹萌生所消耗的能量反而占比降低，因此无定型材料往往缺口敏感性较低。
除此之外，部分材料的冲击强度还会随试样尺寸的变化而产生巨大的变化。
例如 PC 材料，多项研究表明 PC 材料在 4mm 厚度附近，A型缺口的冲击强度会产生突变，急剧减小，不论是机加工的缺口还是注塑的缺口均呈现相同的现象。这是因为随着试样厚度的增加缺口尖端残余应力值逐渐增加，引发银纹，导致破坏形式由韧性破坏转变为脆性破坏。
而不同 PC 试样采用 ASTM D256 标准测试的缺口冲击强度均最高，这可能与试样缺口处剩余宽度较宽，具有更长的断裂行程有关。
PC 冲击强度和厚度的关系
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