多功能动态冲击机在塑料性能研究中的应用

张钟党 宋晓梅 陶俊东 杨斌

引言：随着科技的进步，工程师们对塑料材料的研究更加深入。塑料材料在不同的用途中对其物理性能的要求是不同的。在通常的用途中只要求抗拉强度，它反映了材料的抗变形和断裂的能力。但在另一些用途中还要求冲击韧性，以反映材料的抗冲击能力。如许多汽车保险杠用塑料材质，因塑料部件成形方便，通过调整配方可获得较高的抗拉强度，在拉伸试验中抗变形和断裂应力高。而汽车保险杠的破坏形式主要是冲击破坏，材料的冲击韧性成为其主要的考核指标。塑料材料的冲击韧性目前主要用冲击试验机来检测，冲击试验机包括落锤冲击试验机和摆锤冲击试验机。这两种冲击试验机都是检测材料的能量吸收功（焦耳），是一个冲击过程的总量检测，不能描述冲击时力值的变化过程，不能反映断裂过程的细节。不同材料在冲击能量吸收功相同的情况下，断裂过程往往不同，脆性破坏力值点不同，冲击韧性并不完全相同，这一点对受冲击负荷的材料尤其重要。

应用多功能动态冲击试验机可以很好的解决以上问题。该仪器是一种集简支梁与悬臂梁为一体，以传统能量吸收功（焦耳）测量和动态冲击力（牛顿）显示分析为一体的现代智能型冲击试验机。在冲击机中增加了高速冲击力传感器，真实反映冲击破坏过程中力值变化过程。可以形成力值-时间曲线，力值-变形曲线等，用以分析冲击力、能量、变形随时间的变化规律。分析这些曲线，可以获得冲击过程中裂纹产生，裂纹扩展，裂纹失稳的力值点，可以确定材料对冲击破坏的敏感度。增加试验温度参数，可以得到材料从韧性破坏转变为脆性破坏的温度值。通过设计专业的分析软件，可以准确的确定最大力，屈服力、裂纹扩展产生力、裂纹扩展终止力。把冲击功细分为裂纹形成功及裂纹扩展功，并以此确定材料的韧性指数。

国际上以美国的CEAST和美国MTS为代表的摆锤冲击机顶尖制造商代表目前国际上最先进的仪器制造水平，对材料韧性的研究开始用仪器化冲击机（动态冲击机），特别是在混合过程的研究开发以及任何需要检测材料断裂细节时，仪器化冲击试验的应用范围愈来愈广。仪器化冲击能建立完善的塑料冲击数据，能更好地模拟真实情况，落锤冲击试验机和摆锤冲击试验机都可以实现仪器化冲击，如Instron and Ceast生产的落锤冲击试验机和Tinius Olsen 生产的摆锤冲击试验机。ASTM研究组织指出，这些仪器化冲击试验得到的某些材料数据，与传统摆锤式冲击试验所得到的数据有一些不同。仪器化落锤冲击试验适用于薄膜、板材、管件、及包装材料。仪器化摆锤冲擊试验适用于塑料标准试样。

在国内最早是由上海通用汽车对材料供应商提出测量材料韧性的要求，为此上海通用汽车在没有国家标准和国际标准的情况下，自行提出了测试要求和方法，主要是针对汽车保险杠的韧性研究，并由承德试验机总厂承担，鉴于当时的传感器和数字采集技术而流产。目前国内在动态冲击机领域做得较好的是长春智能仪器设备有限公司，他们生产的JJ-30已经投放市场。但经过我们的使用和研究发现该冲击机有许多不完善的地方。

我公司研发生产的多功能动态冲击试验机是一款国内先进的仪器化摆锤冲击机。在全面满足摆锤冲击机国家标准的基础上，增加冲击力检测功能。其结构特点是在现有冲击机结构的基础上，增加冲击力传感器，优化设计冲击摆锤。编制专业软件，细化分析材料的冲击过程，改进材料质量。该冲击机可广泛应用于塑料原料、工程塑料、高分子材料的性能检测和配方研制。符合摆锤冲击机国家标准及国际标准，基本不改变原有冲击机的测量方法和使用习惯。该冲击机采用石英晶体传感器测力值，在力作用下位移小，受力感应快，适于高速冲击测量。采用高光栅增量编码器测位移量，提高位移测量精度。采用高速数据采集卡，可以快速准确的传送检测的信息。专业的分析软件，具有传统冲击机的所有分析功能，包括冲击强度的计算及能量损失的计算等。增加冲击力-时间、冲击力-位移曲线等功能。具有曲线分析功能，包括极限力值、屈服力值、延伸率、纹扩展失稳力及裂纹扩展终止力。把冲击功分解成裂纹形成功及裂纹扩展功，可以分析材料的各种性能。

（作者单位：承德市考思科学检测有限公司）