4.塑料--简支梁冲击强度的测定

4．塑料——简支梁冲击强度的测定

Plastics—Determination.of charpy

Impact strength

第二版 1993-05-15

1

适用范围

1.1 本国际标准规定了塑料在规定条件下测定简支梁冲击强度的方法。规定了几种不同种类的试样和试验配置。根据材料类型、试样类型和缺口的类型规定了不同试验参数。 1.2 本方法用于研究规定类型的试样在规定冲击条件下的行为，也用于估计试样在试验条件固有范围内的脆性和韧性。

本方法比ISO 180(悬臂梁)有较大的应用范围，且更适用于测试显示层间剪切断裂的材料或由于环境因素存在表面影响的材料。 1.3 本方法适用于下列范围的材料

——硬质热塑性模塑和挤塑材料，包括填充材料和增强未填充材料，硬质热塑性板材； ——硬质热固性模塑材料，包括填充和增强材料，硬质热固性板材，包括层压材料； ——纤维增强的热固性和热塑性复合材料，包括单向或非单向的增强材料如毡、织物、纺织粗纱、短丝束、复合和杂混复合材料、玻璃粗纱和碎纤维、预浸渍材料制成的片材（预浸料坯）；

——热致液晶聚合物。

本方法一般不适用于硬质多孔材料和含有多孔材料的夹层结构材料。另外，长纤维增强的复合料或热致液晶聚合物一般不用缺口试样。

1.4 本方法适用于模塑到所选尺寸试样，以标准多用途试验试样(见ISO 3167)的中部机械加工的试样，或者由成品和半成品如模塑制品、层压制品和挤塑或铸塑板机械加工的试样。 1.5 本方法规定了试样的优选尺寸。不同尺寸和缺口的试样以及不同条件下制备的试样进行的试验所得的结果是不可比的。其他因素，如摆锤的能量大小，冲击速度和试样的状态调节也能影响结果。因此，当需要可比数据时，必须仔细地控制和记录这些因素。

1.6 本方法不宜用作设计计算数据的来源。但是，通过在不同的温度试验，改变缺口半径和/或厚度以及不同条件下制备试样，可以获得材料的典型特征资料。

本文引用的下列标准所包含的若干条款，构成本国际标准的条款，出版时所标明的版本是有效的。由于所有的标准都要进行修订，因此鼓励按本标准订立协议的各方研究使用下列标准最新版本的可能性。IEC和ISO成员均有现行有效的国际标准的目录。

ISO 291—1977 塑料——状态调节和试验的标准环境 ISO 293—1986 塑料——热塑性塑料压塑试样 ISO 294—＊ 塑料——热塑性塑料注塑试样 ISO 295—1991 塑料——热固性塑料压塑试样

ISO 1268—1974 塑料——试验用的玻璃纤维增强树脂胶粘低压层板或板条的制备

ISO 2557/1—1989 塑料——无定形热塑性塑料——具有规定最大回复率的试样——第一部分：条

ISO 2557/2—1989 塑料——无定形热塑性塑料——具有规定回复率的试样—— 第二部分：板材

ISO 2602—1980 测试结果的统计解释——平均值的估计——置信区间 ISO 2818—＊＊ 塑料——用机械加工法制备试样 ISO 3167—＊＊＊ 塑料——多种用途试样 3 定义

本标准使用下列定义：

3.1 无缺口试样简支梁冲击强度，acu始横截面积有关，以kJ/m2表示。

3.2 缺口试样简支梁冲击强度，acN：缺口试样断裂时所吸收的冲击能量，与试样缺口处的原始横截面积有关，这里，N=A,B或C取决于缺口类型（见6.3.1.1.2）。以kJ/m2表示。 3.3 侧向冲击(e)：冲击方向平行于尺寸b,冲击在试样窄的纵向表面h×l上（见图4—1左侧及图4—2和图4—5）。

3.4 贯层方向冲击(f):冲击方向平行于尺寸h, 冲击在试样宽的纵向表面b×l上（见图4—1右侧及图4—3和图4—5）。

3.5 垂直冲击(n)：冲击方向垂直于增强料平面(见图4—5)。 此用于薄片型的增强塑料。

3.6 平行冲击(p)：冲击方向平行于增强料平面(见图4—5)。

：

无缺口试样断裂时所吸收的冲击能量，它与试样原

4 原理

支撑成水平梁的试样用摆锤一次摆动破坏，冲击线在两支座中间。

在缺口试样侧向冲击情况时，冲击线正对缺口(见图4-1左侧和图4-2)。 5 仪器 5.1 试验机

＊即将出版(ISO 294—1975修订版) ＊＊即将出版(ISO 2818—1980修订版) ＊＊＊即将出版(ISO 3167—1983修订版)

5.1.1 试验机为摆锤式，并具有刚性结构。应能测量试样破坏过程所吸收的冲击能，W。 此冲击能的值定义为摆锤原始能量E和摆锤破坏试样后剩余能量之间的差值。能量应准确校准摩损失和空气阻力损失(见表4—1和7.4)。 5.1.2 试验机应具有表4—1所示的特性参数

为了使试验机适用于1.3条规定范围所有材料，有必要使用两台以上试验或使用一套可置换摆锤(见7.3)的试验机。由不同摆锤所得的结果不宜作比较。摩擦损失应定期核查。 5.1.3 试验机必须牢固地固定在质量至少为使用的最大摆锤40倍的机座上。机座应能调准使冲头和支座符合5.1.4和5.1.6的规定。

5.1.4 摆锤的冲击刀刃应为斜削成30±1的硬钢，并倒圆成R1:2±0.5mm的半径。刀刃通过试样支座中央偏差小于±0.2mm,并应对中，以便与矩形试样的整个宽度或厚度接触，接触线应与试样纵轴线垂直，偏差小于±2。

表4—1 摆锤冲击试验机的特性参数 冲击能 E(公称),

J 0.5 1.0 2.0 4.0 5.0

冲击速度 V0

M/S

无试样时最大 允许摩擦损失

J 4 2 1 0.5 0.5

有试样下校准后 允许的最大误差

J 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02

2.9 （±10%）

7.5 15.0 25.0 50.0

3.8 （±10%）

0.04 0.05 0.10 0.20

0.05 0.05 0.10 0.10

①最大允许误差不能超过摆锤能量范围10%~80%

5.1.5 旋转轴和试样中心冲击点的距离应在摆锤长度Lp的±1%以内。

注1）摆锤长度Lp.m，可以用下式通过摆锤小振幅周期振动测定

Lp=gN/4D2×T2

(1)

式中 gN—自由落体的标准加速度.m/s2(9.81m/s2) T—完成一次摆动(往复)的时间,s;由至少50次连续的和无干扰的摆动测得(已知精度为1/2000)，

摆动的角度，离中央的边应小于50

5.1.6 试验支座应为两块严格固定好的光滑块，应装配使规整矩形试样纵轴水平，偏差小于1/200，在冲击瞬间，试样冲击面平行于摆锤冲击刀刃，偏差小于1/200。试样支座不应限制试样的移动。

支座的形状如图4-1所示。跨度L，是试样在支座上的接触线间距离，如图4-2规定。冲锤应具有对准试样中心的装置，偏差在±0.05mm以内。不同类型的试样可能需要不同的支座。

5.2 测微器和测量仪

测微器和测量议适用于测量试样基本尺寸，精确至0.02mm。测量缺口试样尺寸bN 时，测微器应装有2~3mm宽和合适仿形的测量头以适应缺口的形状。 6 试样 6.1 制备

6.1.1 模塑或挤塑料

应按照有关材料规范制备试样。当没有规范或另有其他规定时，应按照ISO 293、ISO 294、 ISO 295、ISO 2557/1、ISO 2557/2、合适的方法直接由材料压塑或注塑或者由混合物压塑或注塑的板材按照ISO 2818机械加工。

注2）1型试样可由符合ISO 3167A型多用途试样切割。

6.1.2 板材

应按照ISO 2818从板材进行机械加工制得试样。

6.1.3 长纤维—增强聚合物

应按照ISO 1268或其他规定或按照制备方法约定制备板材。再按照ISO 2818机械加工成试样。

表4-2 试样类型、尺寸和跨度(见图4-1) 单位:mm

长度

类型

L

b

h 4．0±0.2

L

−0.5620

宽度 厚度 跨度

±2±0.2 2 3

25h (11或15)h

20h

10或(6或8)h

① 注意试样类型号码与ISO 179—1982所用不同. ② 试样尺寸(厚h、宽b和长l)按照:h

③ 优选厚度。如果试样从片材或板材上切割h应等于片材或板材的厚度，最多到10.2mm(见6.3.1.2).

④ 2型和3型试样仅用于6.3.2款中所述的材料.

⑤ 10mm用于较细结构的增强材料,15mm用于粗结构的增强材料(见6.3.2.2). 6.1.4 检查

试样应无扭曲，并且有相互垂直的平行表面。表面和边应无划痕、麻点，凹痕和飞边。

应对照直尺、矩尺和平板目视观察，和用螺旋测微器测量，检查试样是否符合要求。 对观察或测量到一项或几项不符合要求的试样，应在试验前舍弃或机械加工到合适尺寸和形状。 6.1.5 缺口

6.1.5.1 缺口应按照ISO 2818进行机械加工制备。切割齿的形状应使试样产生如图4-4所示的形状和厚度，且同主轴成直角。

6.1.5.2 如果受试材料已规定，也可以使用模塑缺口试样。模塑缺口试样所得的结果与机械加工缺口试样所得结果不能比较。 6.2 各向异性

某些类型的板材根据板材的平面方向可能显示不同的冲击性能。在这种情况下，通常切割几组试样，其主轴分别平行和垂直于板材某一特征方向，这种特征或者是可见的，或者是由制造方法已知。 6.3 形状和尺寸

6.3.1 不显示层间剪切断裂的试样 6.3.1.1 模塑和挤塑料

6.3.1.1.1 按表4-2和表4-3规定，应采用有三种不同类型缺口1型试样，如图4-2和图4-3所示。缺口应位于试样的中心。

注3）一型试样（见表4-2）可以从符合ISO 3167多用途A型试样中间部分制得。

表4-3 方法编号、试样类型和缺口尺寸——不显示层间剪切断裂的材料

缺口底部半径

方法编号

试样类型

冲击方向

缺口类型

rN

缺口底部剩余宽度

bN

ISO 179/leU

ISO 179/leA ISO 179/leB ISO 179/leC ISO 179/lfU

1

贯层冲击

1

无缺口 单缺口

A B C 无缺口

0.25±0.05

8.0±0.2 8.0±0.2 8.0±0.2

① 注意试样类型号码，缺口类型字母标志和方法编号号码与ISO 179—1982所使用不同.

② 如果试样从板材或成品制得，板材或成品的厚度应加到方法编号上,并且,未增强试样对经受拉伸力的机

械加工表面进行测试。 ③ 优选方法。

④ 特别用于研究表面影响(见1.2 和6.3.1.1.3).

6.3.1.1.2 缺口优选类型是A型（见表4-3和图4-4）。对于大多数材料，无缺口试样或A型单缺口试样按照3.3(侧向冲击)是合适的。如果A型缺口试样在测试中冲不断，则使用C型缺口试样。如果需要材料缺口灵敏度信息，就要测试A、B和C型缺口试样。

注4）C型缺口代替了以前的U型缺口，因其在某些情况下给出的结果不可比。

6.3.1.1.3 根据3.4(贯层方向冲击)测试无缺口或双缺口试样可用于研究表面影响(见1.2和附

录A)。

6.3.1.2 板材

推荐的厚度h是4mm。如果试样从板材或从一构件所取的板材切割试样，应与板材或该构件厚度相同，最大10.2mm。

从厚度大于10.2mm的坯料取的试样应从一面机械加工到10±0.2mm，只要板材厚度均

侧向冲击

1.00±0.05 0.10±0.02

匀且仅含有一种规整排列的增强材料。如果按照3.4(贯层方向冲击)测试无缺口或双缺口试样，为避免表面影响，原始表面应处在拉伸状态下测试。 6.3.2 显示层间剪切断裂材料（如，长纤维增强的材料）。

6.3.2.1 使用2和3型无缺口试样.没有规定试样尺寸.其最重要的参数是跨度L,同试样在冲击方向的尺寸之比(见表4-2).

通常试样在垂直方向上测试(见图4-5).

6.3.2.2 贯层垂直方向冲击试验(见图4-5)对于精细结构的增强材料(纺织品和并行纱), 试样的宽度为10mm,对于粗结构(粗砂)或不规整结构的增强材料为15mm.

6.3.2.3 侧向平行冲击试验(见图4-5)当试样在平行方向试验时,垂直于打击方向的试样尺寸应切取试样的板材厚度.

6.3.2.4 试样宽度l,应按照跨度比l/h为20(2型试样)和6(3型试样)选择,如表4-2所示

如果仪器不允许l/h=6,可以用l/h=8,特别是对于薄片材.

6.3.2.5 对于2型试样,会发生拉伸类断裂,对于3型试样,可能会发生板材的层间断裂,可以发生的不同类断裂在表4-4中.

注5) 在有些情况下,(薄织物增强材料)不会发生剪切断裂,对于3型试样,会发生一层或多层断裂,然

后,断续发生拉伸断裂.

6.4 试样数量

6.4.1 除非受试材料的标准中另有规定,否则应试验一组至少包括10个试样,当变异系数(见ISO 2602)小于5%时,5个试样足够了.

6.4.2 如果在垂直和平行方向试验压板,每个方向上应试验10个试样. 6.5 状态调节

除非受试材料的标准中另有规定,试样将按照ISO 291在23℃和50%相对湿度下状态调节至少16h,除非有关方向另有商定. 7 操作步骤

7.1 在状态调节所用的相同环境下进行试验,除非有关方面另有商定,如:在高温或低温下测试.

7.2 在试样中心处测量每一试样的厚度h和宽度b,精确到0.02mm.至于缺口试样,仔细测量剩余宽度bN.精确到0.02mm.

注6)注塑试样,不一定测量每一试样的尺寸,从一组中测量一个试样以确保尺寸与表4-2相一致就足够了.

对于多腔模具,保证每腔试样尺寸相同. 至于2型或3型试样,根据表4-2调节跨度L.

7.3 检查摆锤式冲击机有无规定的冲击速度(见表4-1),是否处于吸收能量W的正确范围,其应在摆锤能量E的10%和80%之间.若表4-1中所述符合这一要求的摆锤不止一个,应使用具有最大能量的摆锤.

7.4 进行空白试验(即没有安装试样),记下摩擦损失能,确保能量损失不超过表4-1中所列的相应值.

如果摩擦损失等于或少于表4-1中所示的值,则可用于计算吸收能量较正.如果摩擦损失超过表4-1中所示的值,应仔细考虑以找出引起过大摩擦损失的原因并按要求对仪器进行校正.

7.5 抬起并锁住摆锤.将试样放在试验机支座上,使冲击刀刃正打击试样中心.小心安放缺口试样使缺口中央正位于冲击平面上(见图4-1,左).

7.6 释放摆锤.记录试样吸收的冲击能并加以必要的摩擦损失校正(见表4-1和7.4条). 7.7 对于模塑和挤塑料,可能发生与下列代号相一致的4种断裂: C:完全断裂,将试样分成2片或多片的断裂.

H:铰链断裂,断裂成两部分的试样,仅由边缘层以铰链形式连在一起,无残留刚性不完全断裂.

P:部分断裂,不符合铰链断裂定义的不完全断裂.

NB:无断裂,试样仅弯曲并穿过支座,可能兼有应力发白而不断裂.

完全断裂和铰链断裂所测的值用于计算平均值.如果需要部分断裂的值,要用字母P标识.在不断裂的情况时,记下NB,无值报告.

对层间剪切断裂的材料,断裂类型及其代号在表4-4中标明.

7.8 如果在一个样品中,试样既有P断裂,又有C(或H)断裂,应报告每种断裂的平均值. 8 结果的计算和表达 8.1 无缺口试样

无缺口试样简支梁冲击强度acU,kJ/m2,用下式计算:

acU=

w

×103 h⋅b

式中 W—试样断裂时吸收的已较准的能量,J (2) h—试样厚度.mm b—试样宽度.mm 8．2 缺口试样

缺口试样简支梁冲击强度，.kJ/m,缺口N=A，B或C，用下式计算:

2

acU=

w

×103 h⋅bN

式中 W—试样断裂时吸收的已较准的能量,J (3) h—试样厚度.mm

bN—试样缺口底部的剩余宽度.mm 8.3 统计参数

计算试验结果的算术平均值,如果需要,要用ISO 2602规定的方法计算标准偏差和平均95%置信区间.对一种样品不同类型的断裂,应列出相应的试样数量且计算平均值. 8.4 有效数字

以两位有效数字报告出全部计算结果.

23

9 精密度

因为试验室之间数据得不到,本方法精度不知,如果得到试验室间数据,精密度将在下一次修订版中给出. 10 试验报告

本试验报告应包括以下内容: a) b)

注明参照本国际标准； 按表4-3命名的方法，如：

简支梁冲击试验 ISO 179/1 e A 试样类型（见表冲击方向（见表缺口类型

按表4-4命名，如：

简支梁冲击试验 ISO 179/2 n 试样类型（见表冲击方向（见表c)

标识受试料所需的全部资料，包括类型、来源、制造厂代码、等级以及形状、经历

这些应知的资料； d)

材料的特性和形状说明，如：是否是成品、半成品、试片或试样，包括主要尺寸、

外形、制造方法等这些应知的资料； e) 冲击速度； f) 摆锤公称能量； g) 试样的制备方法；

h) 如果材料是成品，或半成品，记录切出试样与成品或半成品方向的关系； i) 试样数量；

j) 试样和状态调节的标准环境，如材料或成品标准需要，加上任何特殊的状态调节； k) 观察到的断裂类型； l) 单个试验结果； m)

报告各种试样类型及结果的算术平均值为材料的冲击强度以及相应的断裂类型(见

7.7条);

n) 如需要,标准偏差和平均值95%置信区间;

o)

试验日期.

附 录 A

(参 考 件)

试验表面影响附加方法(见1.2)

下列具有双一V缺口的附加方法可用于6.3.1所述的材料.

如果要测试中等或高冲击材料的表面影响,可用双一V缺口贯层冲击.提供的双缺口垂直于冲击线.每个双缺口长度h,如图4-A.1所示.

表4-A.1 双缺口试验参数

试样

方法编号

类型

ISO 179/1fA ISO179/1fB ISO 179/1fC

1 1 1

方向 贯层方向 贯层方向 贯层方向

A B C 类型

rN 双缺口

0.25±0.05 1.00±0.05 0.10±0.02

6.0±0.2 6.0±0.2 6.0±0.2 余宽度bN

冲击

缺口

缺口底部半径

缺口底部的剩

①如果从板材或成品中取试样,板材或成品的厚度应加在编号上,并且,未增强试样不用测试经受拉伸的机加工表面.

(陈敏剑 译)