多軸沖擊測試是測試材料的抗沖擊性能。主要針對塑料等高分子材料的性能試驗(yàn)，用于模擬汽車、火車等運(yùn)輸工具的碰撞情況，檢驗(yàn)車用外飾和內(nèi)飾材料在碰撞過程所產(chǎn)生的破壞情況和受力行為，避免在實(shí)際碰撞中有碎片飛濺造成誤傷，保障人的生命安全。多軸沖擊的原理是撞錘在樣件表面中心垂直打眼，以某一速度進(jìn)行自由落體運(yùn)動。
目前各類標(biāo)準(zhǔn)促使其所在國的內(nèi)部形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)， 提高效率。但是由于測試樣條尺寸及測試條件上的細(xì)微差異，導(dǎo)致不同測試方法下所測得數(shù)據(jù)不能直接進(jìn)行比較，造成財(cái)力、物力、 時間等方面的極大浪費(fèi)。大家對需要統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)形成了共識，從而使 ASTM 和 ISO 成為目前世界上最為通用的測試方法。由于這兩種測試方法在測試樣條尺寸、測試條件上同樣存在細(xì)微差異，因此導(dǎo)致了相互之間的數(shù)據(jù)難以通用、 最終測試結(jié)果難以比較。
現(xiàn)行的多軸沖擊標(biāo)準(zhǔn)有 ISO 6603- 1、ISO 6603-2、ASTM D3763、TSM5608G 等。 本文主要比較 ISO 6603-2 和 ASTM D3763 中有關(guān)多軸沖擊測試方法的差異，得出兩標(biāo)準(zhǔn)測出的數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性。多軸沖擊測試的主要試驗(yàn)參數(shù)有沖擊速度、 落錘配重、高度、 試驗(yàn)?zāi)芰俊_擊頭內(nèi)徑、夾具內(nèi)徑。在樣式及能量不變的情況下，分別在兩種落錘配重和沖擊速度組合下進(jìn)行試驗(yàn)， 從而比較 ISO 6603-2 與 ASTM D3763 之間撓度、載荷及能量的相關(guān)聯(lián)性。
1、實(shí)驗(yàn)
1.1 ISO 6603-2 和 ASTM D3763 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求
ISO 6603-2標(biāo)準(zhǔn)中沖擊頭的內(nèi)徑為 20 mm，夾具內(nèi)徑為 40 mm，樣品要求為 (60 mm × 60 mm×2 mm)的方板或者半徑為 60 mm 的圓板。
ASTM D3763中沖擊頭的內(nèi)徑為 12.7 mm，夾具內(nèi)徑為76 mm，樣品要求：長度≥89 mm， 內(nèi)部應(yīng)用厚度范圍為2.5±0.2 mm，其他應(yīng)用厚度范圍為 3.2±0.2 mm。
1.2 材料
選用高抗沖擊 ABS，橡膠含量為 30%；材料為(100 mm×100 mm×3.2 mm)的方板， 在 23℃、50% RH 條件下調(diào)節(jié)24h。
1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
Instron 9250 HV 多軸沖擊試驗(yàn)機(jī)；設(shè)備最大落錘配重為 45.6kg，最大沖擊速度為 20 m/s， 測試溫度范圍為－50~150℃。
1.4 實(shí)驗(yàn)方案
用 ISO 6603-2 和 ASTM D3763 標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行條件1和條件2 實(shí)驗(yàn)，每個條件下測試 10 片樣板。比較不同測試條件下?lián)隙取⑤d荷及能量間的相關(guān)聯(lián)性。
1.5 計(jì)算
試驗(yàn)?zāi)芰康膯挝粸?J ，按式 (1) 計(jì)算。
式中，m 為落錘配重(kg)；g 為重力加速度(g/m3 )；h 為試驗(yàn)高度(m)；v 為試驗(yàn)速度(m/s)。
2、 結(jié)果與討論
2.1 ASTM D3763 標(biāo)準(zhǔn)不同沖擊速度條件下?lián)隙?、載荷及能量的變化
采用 ASTM D3763 標(biāo)準(zhǔn)，在相同能量 135 J 下，分別用 3.5 m/s、6.7 m/s 的沖擊速度進(jìn)行試驗(yàn)。得到不同沖擊速度下 ABS 各個時刻的撓度、載荷、能量的時程曲線，分別繪制出各個參數(shù)的時間歷程圖。如圖 1 所示。
圖 1 ASTM D3763 標(biāo)準(zhǔn)不同沖擊速度條件下?lián)隙?、載荷及能量的時程曲線
圖 1c 顯示了兩種不同沖擊速度下各個時刻材料能量的變化，材料完全斷裂前能量隨著沖擊時間的增加而增大。由圖 1b可知，載荷在撞擊點(diǎn)之后開始衰減，直至變?yōu)?；試樣完全斷裂后載荷變?yōu)?，同時能量也會隨之衰減。當(dāng)沖擊速度較小時，撞擊點(diǎn)的能量、 斷裂能量和總能量會因撓度的增大而增大。
2.2 ISO 6603-2 標(biāo)準(zhǔn)不同沖擊速度條件下?lián)隙取⑤d荷及能量的變化
采用 ISO 6603-2 標(biāo)準(zhǔn)，在相同能量 135 J 下，分別用 3.5 m/s 、6.7 m/s 的沖擊速度進(jìn)行試驗(yàn)，得到不同沖擊速度下 ABS 各個時刻的撓度、載荷、能量的時程曲線，分別繪制出各個 參數(shù)的時間歷程圖。如圖2所示。
圖 2 ISO 6603-2 標(biāo)準(zhǔn)不同沖擊速度條件下?lián)隙取⑤d荷及能量的時程曲線
由表 2、圖 2 可知，采用 ISO 6603-2 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在相同能量 135 J 下，分別以 3.5 m/s、 6.7 m/s 的沖擊速度進(jìn)行試驗(yàn)， 得到不同沖擊速度下 ABS 各個時刻的撓度、載荷、能量時程 曲線，規(guī)律與 ASTM D3763 方法一致。
2.3 同一沖擊速度條件下?lián)隙取⑤d荷及吸收能量的變化
在相同能量 135J下，分別采用 ASTM D3763 和 ISO 6603-2 標(biāo)準(zhǔn)以 6.7 m/s 的沖擊速度 進(jìn)行沖擊試驗(yàn)， 得到同一沖擊速度不同標(biāo)準(zhǔn)下 ABS 各個時刻的撓度、載荷、能量時程曲線， 分別繪制出了各個參數(shù)典型的時間歷程 。如圖 3 所示。
圖 3 ASTM D3763 、ISO 6603-2 標(biāo)準(zhǔn)不同沖擊速度條件下?lián)隙?、載荷及能量的時程曲線
表 4 相同沖擊速度下?lián)隙取⑤d荷及能量值
由于 ASTM D3763 沖擊頭的內(nèi)徑為 12.7 mm，ISO 6603-2 方法沖擊頭的內(nèi)徑為 20 mm。相同沖擊速度下，沖擊頭內(nèi)徑越小，撞擊點(diǎn)越容易產(chǎn)生裂紋即塑性變形，塑性變形消耗能量 越低，因而撞擊點(diǎn)的撓度會因沖擊頭內(nèi)徑的減小而增大，能量會減小。但由于材料是韌性破壞，在撞擊點(diǎn)后材料發(fā)生穩(wěn)定緩慢裂紋擴(kuò)展直至最終破壞，沖擊頭內(nèi)徑越大，材料斷裂時能量和總能量越大。
3、結(jié)論
在不同沖擊速度條件下分別采用 ASTM D3763 標(biāo)準(zhǔn)和 ISO 6603-2 標(biāo)準(zhǔn)測出的撓度、載荷及能量的變化規(guī)律一致，即撓度隨沖擊速度的增大而減?。划?dāng)沖擊速度小時，撞擊接觸力最大值的發(fā)生時間因?yàn)閾隙鹊脑龃蠖舆t；撞擊接觸力的最大值隨撞擊速度的增大而增大；當(dāng)沖擊速度較小時，撞擊點(diǎn)的能量、 斷裂能量和總能量會因撓度的增大而增大。
在相同沖擊速度條件下，采用 ASTM D3763 標(biāo)準(zhǔn)測出的撞擊點(diǎn)撓度比 ISO 6603-2 標(biāo)準(zhǔn) 測出值大， 而屈服撓度、斷裂撓度、 總撓度比 ISO 6603-2 標(biāo)準(zhǔn)測出值?。徊捎?ISO 6603-2 標(biāo)準(zhǔn)測出的撞擊接觸力的最大值、撞擊點(diǎn)能量、 斷裂能量和總能量比 ASTM D3763 標(biāo)準(zhǔn)測出值大。
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