抗衝擊強度

抗衝擊強度是直接反映、評價或判斷一種材料（或者產品）的抵抗衝擊能力（脆性、韌性程度）的指標，常用三種方法進行測量：簡支梁衝擊（也稱Charpy衝擊）、懸臂樑衝擊（也稱Izod衝擊）和落球（或者落錘）衝擊。簡支梁和懸臂樑方法可用來判斷材質本身在衝擊性能方面的好壞，這兩者的區別在於懸臂樑的衝擊程度厲害一點，用簡支梁衝不斷的材料一般會選用懸臂樑衝擊；而落球或落錘衝擊反映的是產品本身的抗衝性能（一個產品的抗衝能力由材質、厚度、結構等多種因素決定）。

這三種衝擊由於所選用的試驗條件的不同（如試樣規格、跨距形式、衝擊方式、衝擊速度、缺口類型等），又引發出多種試驗項目，如：低温衝擊、高温衝擊、無缺口衝擊、缺口衝擊、貫層衝擊等等。

測試工程塑料抗衝擊強度試驗的方法較多，主要有擺錘衝擊試驗法、落錘衝擊試驗法。擺錘衝擊試驗又分簡支梁法（Charpy法）和懸臂樑法（Izod法）。國內測試工程塑料抗衝擊強度使用較多的是簡支梁法，而國外則大多使用懸臂樑法。選用抗衝擊強度數據時，應注意所採用的試驗方法。簡支梁衝擊試驗所用的試樣分為無缺口和有缺口兩種。

（1）無缺口試樣簡支梁抗衝擊強度：其抗衝擊強度是指無缺口試樣在衝擊載荷作用下，破壞時所吸收的衝擊能量與試樣的原始橫截面積之比，單位為kJ/m²。

（2）缺口試樣簡支梁抗衝擊強度：其抗衝擊強度是指缺口試樣在衝擊載荷作用下，破壞時所吸收的衝擊能量與試樣缺口處的原始橫截面積之比，單位為kJ/m²。懸臂樑衝擊試驗所用的試樣開有缺口，以試樣破斷時單位寬度所消耗的能量來衡量，單位是J/m。如下表1，列出了一些工程塑料的懸臂樑缺口抗衝擊強度。

簡支梁衝擊強度與懸臂樑衝擊強度表示的是材料單位面積內吸收的能量，吸收的越多，就表示材料抗衝能力越好。如右圖1所示，是兩種衝擊的示意圖。

在這兩種實驗中，抗衝擊強度可用以下式子表示：

，其中a表示簡支梁或梁或懸臂樑抗衝擊強度，單位：kJ/m²（千焦每平方米）；A表示試樣吸收的衝擊量，單位J；b代表試樣寬度，單位mm；d代表試樣厚度，單位mm，如果是缺口衝擊，厚度減去缺口後剩餘厚度。

從計算公式可以知道，試驗時所選擇試樣的規格（厚度、寬度、有無缺口等）對試驗結果會有影響；更進一步探討的話，試驗時的温度、選擇的衝擊能量、衝擊速度、跨距等等都會影響試驗結果；理論上來説，所用試樣的寬度、厚度越大，所吸收的衝擊能量A（單位：J）越大，但是相應的b×d（衝擊面積）也大（衝擊面積與衝擊能量的關係比較複雜，影響因素較多，不是成線性正比的關係），這樣得出的衝擊強度在不同厚度之間雖然有偏差，但不會很大，而且不一定是厚度厚的試樣衝擊強度就高（衝擊強度只是反映材質本身，判斷材料某一個厚度的抗衝能力，可以比較其所吸收的衝擊能量A的大小）。

同時，對於剛性材料來説，在某一程度的厚度及支撐跨距下，存在結構彈性，對沖擊試驗結果影響比較大，因此國標也作出規定：厚度小於3mm的試樣一般不做簡支梁或懸臂樑衝擊試驗，厚度上限一般不超過10mm；試驗推薦採用4mm的厚度。對試驗的衝擊速度、跨距、厚度等也沒有很明確的規定，只是提供方案推薦。

綜上，比較材料（簡支梁和懸臂樑）的抗衝性能，只有在相同時間段、相同試樣厚度，選擇相同的試驗條件（跨距、衝擊速度、同樣的缺口類型等）下，才能進行。而且由於材料抵抗衝擊能量的影響因素很複雜，簡支梁或懸臂樑反映的抗衝能力只是一個片面，所以簡支梁或懸臂樑多作為輔助參考，判斷材料抗衝性能一般需要結合多種檢測項目（斷裂伸長率、彈性模量、衝擊強度等等）綜合判定。如：某些芯層發泡的材料，做簡支梁或懸臂樑衝擊，數據極低，但做落球衝擊時數據並不比相類的材料的差。

落球衝擊和落錘衝擊反映的是產品本身的抗衝性能（一個產品的抗衝能力由材質、厚度、形狀結構等多種因素決定）。將樣品放在一定形狀的一定尺寸的支撐跨距上，用一特定形狀和重量的球（或錘），從一定的高度自由落下對樣品進行衝擊，通過改變球（或錘）的重量或落下高度，和一定數量的樣品，多次試驗，從而定性判斷或定量得出樣品被破壞所需的能量。

國標規定一般推薦樣品支撐跨度選擇直徑75mm的圓形跨距；一些行標、地標等也有根據產品的實際使用情況選擇一些其他要求的跨距，如50×500mm的方形支撐跨距等。一般來説跨距也小，相同球重和高度下受到的衝擊力越大，樣品也越容易被破壞。落球（錘）衝擊強度一般採用在某一試驗條件下，材料是否被破壞，或破壞的數量來定性判斷；也可以採用樣品被破壞時的落球（錘）的重力勢能來定量判斷。試驗及計算方法可參照標準進行。

落球和落錘的區別在於球和錘的形狀，球截面是圓形的，錘截面是圓頭方形的。落球（錘）衝擊強度同樣受到所選擇的支撐跨距、樣品厚度、樣品形狀的影響。在相同的跨距、相同的材質下，通常厚度厚的樣品落球（錘）衝擊強度高；相同的跨距、相同的材質、相同厚度下，通常落球（錘）衝擊點是平面結構的樣品比異型結構的樣品較易被破壞（與受力時力的分解有關，由於力的分解，異形樣品受力截面上所受的力小了）。

形狀相同的同種材料，樣條無缺口試樣的衝擊強度比缺口試樣大。採用帶缺口試樣的目的是使缺口處試樣的截面積大為減小，受衝擊時，試樣斷裂一定發生在這一薄弱處，所有的衝擊能量都能在這局部的地方被吸收，稱為應力集中，從而提高試驗的準確性。