在塑料力學(xué)性能檢測領(lǐng)域，沖擊強(qiáng)度是評估材料韌性的核心指標(biāo)，直接關(guān)系到塑料產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中的抗沖擊能力與安全可靠性。擺錘沖擊測試作為測量塑料沖擊強(qiáng)度的主流方法，其結(jié)果準(zhǔn)確性受多重因素制約，而錘頭重量（對應(yīng)擺錘能量）的選擇是其中極易被忽視卻至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。
01、為什么不同樣品需選擇不同擺錘？
不同樣品測試時(shí)可能會有不同的吸收能量。擺錘的能量選擇需同時(shí)考慮兩個(gè)關(guān)鍵因素：
1、必須大于樣品吸收能量：確保能夠完全破壞試樣
2、滿足精度要求：保證測試結(jié)果在有效測量范圍內(nèi)
ISO 179-1 和 ISO 180 標(biāo)準(zhǔn)要求測試吸收能量在擺錘標(biāo)稱能量的 10%～80% 之間，而 ASTM D256 和 ASTM D6110 則要求測試吸收能量小于擺錘能量的 85%。
當(dāng)多個(gè)擺錘均能滿足測試需求時(shí)，選擇策略有所不同：
ISO 標(biāo)準(zhǔn)：要求選擇盡量大的擺錘
ASTM 標(biāo)準(zhǔn)：要求選擇盡量小的擺錘
這種差異源于不同標(biāo)準(zhǔn)體系對測試精度和保守性的不同考量。
02、擺錘的選擇
方法1. 已知沖擊強(qiáng)度材料的選擇方法
對于已知沖擊強(qiáng)度的材料，可通過計(jì)算確定最合適的擺錘：
擺錘沖擊強(qiáng)度通常有兩種表示方式：
1、沖擊功/截面積（單位：kJ/m²）
2、沖擊功/試樣厚度（單位：J/m）
選擇步驟：
1、根據(jù)材料沖擊強(qiáng)度和試樣尺寸計(jì)算預(yù)期吸收能量
2、根據(jù)適用標(biāo)準(zhǔn)（ISO或ASTM）確定有效能量范圍要求
3、選擇符合能量范圍要求的擺錘
4、當(dāng)多個(gè)擺錘滿足時(shí)，按標(biāo)準(zhǔn)要求選擇最大或最小擺錘
2. 未知沖擊強(qiáng)度材料的選擇方法
對于未知沖擊強(qiáng)度的新材料，建議采用以下策略：
1、初步評估：基于材料類型和相似材料數(shù)據(jù)估算沖擊強(qiáng)度
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擺錘能量范圍 |
適用材料類型 |
典型應(yīng)用 |
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0.5J - 2J |
低沖擊強(qiáng)度材料 |
脆性塑料、薄壁制品 |
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2J - 7.5J |
中等沖擊強(qiáng)度材料 |
通用塑料、普通工程塑料 |
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7.5J - 15J |
高沖擊強(qiáng)度材料 |
增韌塑料、復(fù)合材料 |
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15J - 50J |
超高沖擊強(qiáng)度材料 |
工程塑料、特種復(fù)合材料 |
2、預(yù)試驗(yàn)：從中等能量擺錘開始測試，觀察試樣破壞情況
3、迭代調(diào)整：根據(jù)初步結(jié)果調(diào)整擺錘能量，直至找到最合適的擺錘
4、正式測試：使用選定擺錘進(jìn)行正式測試，確保結(jié)果在有效范圍內(nèi)
3. 特殊情況的處理
在實(shí)際測試中可能遇到一些特殊情況：
高沖擊強(qiáng)度材料：可能需要組合使用多個(gè)高能量擺錘
低溫測試：材料在低溫下通常變脆，可選擇較低能量擺錘
各向異性材料：需考慮材料方向性對測試結(jié)果的影響
03、材料特性對錘頭重量選擇的影響
各種材料都有其基本的性能，主要是由重復(fù)單元結(jié)構(gòu)、分子鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)等微觀結(jié)構(gòu)決定的。
重復(fù)單元結(jié)構(gòu)決定了鍵能大小，鍵能越大越難斷裂；分子鏈的結(jié)構(gòu)決定了分子鏈的柔性，柔性分子鏈在受沖擊時(shí)可以通過分子鏈變形傳遞能量，剛性分子鏈則因?yàn)殡y以傳遞能量而相對容易斷裂；聚集態(tài)的結(jié)構(gòu)主要是取向和結(jié)晶，結(jié)晶度高、球晶尺寸大，材料更脆，而取向度高的材料延垂直于取向方向沖擊破壞時(shí)需要破壞更多主價(jià)鍵。重復(fù)單元結(jié)構(gòu)會影響分子鏈結(jié)構(gòu)，分子鏈結(jié)構(gòu)又會影響聚集態(tài)微觀結(jié)構(gòu)。
總的來說，試樣的材質(zhì)決定了主價(jià)鍵斷裂的難易程度，同時(shí)也決定了試樣的結(jié)晶情況。因此，每種材料都有自身特性，也有比較典型的沖擊性能。
高結(jié)晶度材料的裂紋擴(kuò)展過程基本上是沿著晶體間隙進(jìn)行的，因此不會涉及過多的主價(jià)鍵斷裂，而是以次價(jià)鍵的破壞為主。裂紋擴(kuò)展吸收的能量往往較小，沖擊斷面表現(xiàn)為直線延伸式的脆性斷裂（如下圖c）。裂紋萌生反而有可能會消耗大量的能量，因此高結(jié)晶度的材料往往表現(xiàn)出很高的缺口敏感性。
無定型材料的裂紋擴(kuò)展過程中，主價(jià)鍵的斷裂占據(jù)的比例增加，裂紋擴(kuò)展吸收能量較大，沖擊斷面表現(xiàn)為扇形擴(kuò)展式的韌性斷裂（如下圖a和b）。裂紋萌生所消耗的能量反而占比降低，因此無定型材料往往缺口敏感性較低。
除此之外，部分材料的沖擊強(qiáng)度還會隨試樣尺寸的變化而產(chǎn)生巨大的變化。
例如 PC 材料，多項(xiàng)研究表明 PC 材料在 4mm 厚度附近，A型缺口的沖擊強(qiáng)度會產(chǎn)生突變，急劇減小，不論是機(jī)加工的缺口還是注塑的缺口均呈現(xiàn)相同的現(xiàn)象。這是因?yàn)殡S著試樣厚度的增加缺口尖端殘余應(yīng)力值逐漸增加，引發(fā)銀紋，導(dǎo)致破壞形式由韌性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈云茐摹?/span>
而不同 PC 試樣采用 ASTM D256 標(biāo)準(zhǔn)測試的缺口沖擊強(qiáng)度均最高，這可能與試樣缺口處剩余寬度較寬，具有更長的斷裂行程有關(guān)。
PC 沖擊強(qiáng)度和厚度的關(guān)系
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