張鐘黨 宋曉梅 陶俊東 楊斌

引言：隨著科技的進(jìn)步，工程師們對塑料材料的研究更加深入。塑料材料在不同的用途中對其物理性能的要求是不同的。在通常的用途中只要求抗拉強(qiáng)度，它反映了材料的抗變形和斷裂的能力。但在另一些用途中還要求沖擊韌性，以反映材料的抗沖擊能力。如許多汽車保險杠用塑料材質(zhì)，因塑料部件成形方便，通過調(diào)整配方可獲得較高的抗拉強(qiáng)度，在拉伸試驗中抗變形和斷裂應(yīng)力高。而汽車保險杠的破壞形式主要是沖擊破壞，材料的沖擊韌性成為其主要的考核指標(biāo)。塑料材料的沖擊韌性目前主要用沖擊試驗機(jī)來檢測，沖擊試驗機(jī)包括落錘沖擊試驗機(jī)和擺錘沖擊試驗機(jī)。這兩種沖擊試驗機(jī)都是檢測材料的能量吸收功（焦耳），是一個沖擊過程的總量檢測，不能描述沖擊時力值的變化過程，不能反映斷裂過程的細(xì)節(jié)。不同材料在沖擊能量吸收功相同的情況下，斷裂過程往往不同，脆性破壞力值點不同，沖擊韌性并不完全相同，這一點對受沖擊負(fù)荷的材料尤其重要。

應(yīng)用多功能動態(tài)沖擊試驗機(jī)可以很好的解決以上問題。該儀器是一種集簡支梁與懸臂梁為一體，以傳統(tǒng)能量吸收功（焦耳）測量和動態(tài)沖擊力（牛頓）顯示分析為一體的現(xiàn)代智能型沖擊試驗機(jī)。在沖擊機(jī)中增加了高速沖擊力傳感器，真實反映沖擊破壞過程中力值變化過程?？梢孕纬闪χ?時間曲線，力值-變形曲線等，用以分析沖擊力、能量、變形隨時間的變化規(guī)律。分析這些曲線，可以獲得沖擊過程中裂紋產(chǎn)生，裂紋擴(kuò)展，裂紋失穩(wěn)的力值點，可以確定材料對沖擊破壞的敏感度。增加試驗溫度參數(shù)，可以得到材料從韌性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈云茐牡臏囟戎?。通過設(shè)計專業(yè)的分析軟件，可以準(zhǔn)確的確定最大力，屈服力、裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生力、裂紋擴(kuò)展終止力。把沖擊功細(xì)分為裂紋形成功及裂紋擴(kuò)展功，并以此確定材料的韌性指數(shù)。

國際上以美國的CEAST和美國MTS為代表的擺錘沖擊機(jī)頂尖制造商代表目前國際上最先進(jìn)的儀器制造水平，對材料韌性的研究開始用儀器化沖擊機(jī)（動態(tài)沖擊機(jī)），特別是在混合過程的研究開發(fā)以及任何需要檢測材料斷裂細(xì)節(jié)時，儀器化沖擊試驗的應(yīng)用范圍愈來愈廣。儀器化沖擊能建立完善的塑料沖擊數(shù)據(jù)，能更好地模擬真實情況，落錘沖擊試驗機(jī)和擺錘沖擊試驗機(jī)都可以實現(xiàn)儀器化沖擊，如Instron and Ceast生產(chǎn)的落錘沖擊試驗機(jī)和Tinius Olsen 生產(chǎn)的擺錘沖擊試驗機(jī)。ASTM研究組織指出，這些儀器化沖擊試驗得到的某些材料數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)擺錘式?jīng)_擊試驗所得到的數(shù)據(jù)有一些不同。儀器化落錘沖擊試驗適用于薄膜、板材、管件、及包裝材料。儀器化擺錘沖擊試驗適用于塑料標(biāo)準(zhǔn)試樣。

在國內(nèi)最早是由上海通用汽車對材料供應(yīng)商提出測量材料韌性的要求，為此上海通用汽車在沒有國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)的情況下，自行提出了測試要求和方法，主要是針對汽車保險杠的韌性研究，并由承德試驗機(jī)總廠承擔(dān)，鑒于當(dāng)時的傳感器和數(shù)字采集技術(shù)而流產(chǎn)。目前國內(nèi)在動態(tài)沖擊機(jī)領(lǐng)域做得較好的是長春智能儀器設(shè)備有限公司，他們生產(chǎn)的JJ-30已經(jīng)投放市場。但經(jīng)過我們的使用和研究發(fā)現(xiàn)該沖擊機(jī)有許多不完善的地方。

我公司研發(fā)生產(chǎn)的多功能動態(tài)沖擊試驗機(jī)是一款國內(nèi)先進(jìn)的儀器化擺錘沖擊機(jī)。在全面滿足擺錘沖擊機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，增加沖擊力檢測功能。其結(jié)構(gòu)特點是在現(xiàn)有沖擊機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加沖擊力傳感器，優(yōu)化設(shè)計沖擊擺錘。編制專業(yè)軟件，細(xì)化分析材料的沖擊過程，改進(jìn)材料質(zhì)量。該沖擊機(jī)可廣泛應(yīng)用于塑料原料、工程塑料、高分子材料的性能檢測和配方研制。符合擺錘沖擊機(jī)國家標(biāo)準(zhǔn)及國際標(biāo)準(zhǔn)，基本不改變原有沖擊機(jī)的測量方法和使用習(xí)慣。該沖擊機(jī)采用石英晶體傳感器測力值，在力作用下位移小，受力感應(yīng)快，適于高速沖擊測量。采用高光柵增量編碼器測位移量，提高位移測量精度。采用高速數(shù)據(jù)采集卡，可以快速準(zhǔn)確的傳送檢測的信息。專業(yè)的分析軟件，具有傳統(tǒng)沖擊機(jī)的所有分析功能，包括沖擊強(qiáng)度的計算及能量損失的計算等。增加沖擊力-時間、沖擊力-位移曲線等功能。具有曲線分析功能，包括極限力值、屈服力值、延伸率、紋擴(kuò)展失穩(wěn)力及裂紋擴(kuò)展終止力。把沖擊功分解成裂紋形成功及裂紋擴(kuò)展功，可以分析材料的各種性能。

（作者單位：承德市考思科學(xué)檢測有限公司）