试样缺口对悬臂梁缺口冲击强度测试结果的影响研究

('试样缺口对悬臂梁缺口冲击强度测试结果的影响研究郭乔;程春峰;李贵阳【摘要】选择聚碳酸酯(PC)、均聚聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂(ABS)四种原材料作为研究对象,对比研究试样缺口差异对悬臂梁缺口冲击强度测试结果的影响.结果表明,PC材料的注塑试样和机铣试样的冲击强度均值相同,但是前者的波动明显高于后者；而对于均聚PP,注塑试样的冲击强度明显高于机铣试样；另外相比于PVC,缺口加工方式、缺口加工速度以及缺口剩余宽度对ABS材料的冲击强度结果影响不大.%Thispaperselectedfourrawmaterials,involvingpolycarbonate(PC),homo-polypropylene(PP),polyvinylchloride(PVC)andacrylonitrilebutadientstyrene(ABS),assubjectinvestigatedforstudyingtheeffectofnotchinthespecimenontestingresultsofIzodimpactresistance.TheresultsshowthattheimpactstrengthmeanofinjectionmoldingtestspecimensisthesameasmillingspecimensforPC,buttheformerhassignificantfluctuations.However,theimpactstrengthofinjectionmoldingspecimensisgreaterthanthemillingspecimensforPP.Besides,thenotchprocessingmethod,millingspeedandthewidthremaininginthespecimenunderthenotchhavelittleinfluenceontheresultsforABScomparedwithPVC.【期刊名称】《合成材料老化与应用》【年(卷),期】2013(042)001【总页数】3页(P14-16)【关键词】悬臂梁冲击;冲击强度;缺口敏感性【作者】郭乔;程春峰;李贵阳【作者单位】金发科技股份有限公司产品研发中心,塑料改性与加工国家工程实验室,广东广州510663;金发科技股份有限公司产品研发中心,塑料改性与加工国家工程实验室,广东广州510663;金发科技股份有限公司产品研发中心,塑料改性与加工国家工程实验室,广东广州510663【正文语种】中文【中图分类】TQ325.1+4塑性材料的冲击韧性在工程应用上是一项重要的性能指标，它可以反映不同材料抵抗高速冲击而致破坏的能力，其中，缺口冲击强度主要表征材料瞬间抵抗裂纹扩展的能力［1］。目前，国内塑料的悬臂梁缺口冲击强度测试一般采用GB/T1843－2008。但在实际应用过程中，仍然存在同一材料的缺口冲击测试结果偏差很大的情况［2］。为了更深入地研究缺口对冲击强度的影响，本实验选择了聚碳酸酯(PC)、均聚聚丙烯(PP)、聚丙烯腈－丁二烯－苯乙烯(ABS)、硬质聚氯乙烯(PVC)四种材料，从缺口制备方法、缺口加工的速度、不同的缺口剩余宽度方面，讨论上述因素对悬臂梁缺口冲击强度测试结果的影响。1实验部分1.1主要原料PC原材料300－22;PP原材料S－03N;ABS原材料121;PVCEX－06透明原材料。1.2主要仪器与设备注塑机，CJ830型，中国震德塑料机械有限公司;摆锤冲击仪，TinimuOlsenImpact104;数显千分尺(0－25mm);桂林广陆量具厂;电动切缺口机，6951.000，意大利CEAST公司。1.3样品制备GB试样均采用CJ830型注塑机制备。分别得到标准缺口尺寸的样条与无缺口样条。用电动切缺口机在无缺口样条上铣出A型缺口，缺口尖角为45°，根部半径0.25mm。1.4性能测试按GB/T1843－2008测试试样的悬臂梁缺口冲击强度。2结果与讨论2.1缺口制备方法的影响标准试验方法中规定:除非受试材料有要求可以使用模塑缺口试样，推荐使用机械加工的缺口试样。为了对比研究不同加工方式下缺口对试样冲击强度的影响，在保证缺口尺寸基本一致的条件下，从注塑的缺口试样和机加工的缺口试样中各取一组(10根)，在相同的试验环境下对其做悬臂梁缺口冲击强度试验，检测结果如表1所示。表1缺口加工方法对悬臂梁缺口冲击强度的影响Table1EffectsofnotchprocessingmethodsonIzodnotchedimpactresistance缺口加工材料注塑机铣注塑机铣冲击强度/(kJ/m2)标准差SPVC14151.9782.444PC75752.3691.811均聚PP2.92.20.0950.100ABS16150.3610.332硬质由表1可以看出，对于PC试样，注塑试样和机铣试样的冲击强度均值相同，为75kJ/m2。但是注塑试样的波动明显高于机铣试样。这是因为在使用模塑方法一次性直接成型时，由于材料的收缩率不同，特别是缺口底部曲率半径变化较大，难以保证缺口各部分符合标准规定的要求，从而影响其冲击强度。而对于均聚PP，注塑试样的冲击强度明显高于机铣试样，可能是在二次机械加工的过程中，试样受到冲击容易在缺口处产生微裂纹，造成冲击强度值偏低。另外据文献报道，不同材料对缺口的敏感度不同，如PVC材料对缺口的敏感性远高于ABS材料［3］。因此不同的缺口加工方式也会对材料的冲击强度产生影响。通过表1数据也可以看出，ABS试样的缺口加工方式对其冲击强度影响不大，而硬质的PVC的冲击强度值离散性明显增加，且机械加工缺口对试样的影响更为明显。2.2不同缺口剩余宽度与制备缺口的刀具速度的影响对于很多塑料，制备缺口的刀具速度也是影响冲击强度测试的重要因素。即使保证加工试样的缺口尺寸一致，但在加工过程中过快或过慢的加工速度仍会导致材料缺陷的产生，如试样受到刀具挤压时会发生轻微扭曲变形。另外，即使保证同样的刀具速度，刀具本身的倾斜设计也会影响加工试样的尺寸精度，从而进一步造成冲击强度的波动。因此，研究制备缺口的刀具速度和试样不同缺口深度对冲击强度的交互影响很有必要。缺口制备方法按ISO2818:1994执行，要求试样缺口剩余宽度为8.0±0.2mm。因此，本试验采用电动切缺口机，用三种不同的速度(15m/min，20m/min，30m/min)分别制备三组缺口剩余宽度为8.0mm的试样(每组10根)，除此之外，保证相同的刀具速度(20m/min)得到三组不同缺口剩余宽度(7.8mm，8.0mm，8.2mm)的试样。在相同的条件下对其做悬臂梁缺口冲击试验。测试结果如下。图1PC试样缺口剩余宽度和刀具速度对冲击强度的影响Fig.1EffectsofthewidthofnotchedspecimenandmillingspeedonIzodnotchedimpactresistanceofPC如图1所示，对于缺口剩余宽度为8.0mmPC试样，当机铣速度由15m/min增加至20m/min时，冲击强度略有增加，但当速度达到30m/min时，试样的冲击强度值却明显降低，仅为65kJ/m2。另外，相比于缺口加工速度，试样剩余宽度对冲击强度的影响并不是很明显，均在75kJ/m2左右。所以，对于该PC原材料，缺口加工速度为影响测试结果的主要因素，可能是加工过程对试样本身造成的破坏引起的。当刀具速度过快时，一些试样受到较大的冲击而产生微裂纹，导致局部应力集中，从而使试样的冲击强度结果偏小。图2显示PP试样冲击强度的变化。对比不同的缺口加工速度以及相同速度下不同的缺口剩余宽度，试样冲击强度值的波动都比较明显。在20m/min的机铣速度下，剩余宽度为8.2mm的试样冲击强度最小。对于相同8.0mm的试样，在较低(15m/min)和较高(30m/min)机铣速度下反而获得较高的冲击强度。因此，对于均聚PP原材料，加工过程对冲击强度测试结果的影响可能更为复杂。图2PP试样缺口剩余宽度和刀具速度对冲击强度的影响Fig.2EffectsofthewidthofnotchedspecimenandmillingspeedonIzodnotchedimpactresistanceofPP由图3不难发现，在三种不同的机铣速度下，ABS试样的冲击强度值几乎一致，在15kJ/m2附近上下波动。同时，对于满足标准GB/T1843－2008要求的试样，其缺口剩余宽度在8.0mm和8.2mm时对冲击强度测试结果影响也不大。图3ABS试样缺口剩余宽度和刀具速度对冲击强度的影响Fig.3EffectsofthewidthofnotchedspecimenandmillingspeedonIzodnotchedimpactresistanceofABS相比而言，对于图4所示的PVC试样则表现出较大的波动。尤其是在20m/min的机铣速度下，缺口剩余宽度为8.0mm的试样冲击强度最大，为17kJ/m2，而当缺口剩余宽度为8.2mm时，冲击强度最小仅为11kJ/m2。说明对于此PVC材料，其冲击强度值受试样缺口剩余宽度变化的影响更为显著。图4PVC试样缺口剩余宽度和刀具速度对冲击强度的影响Fig.4EffectsofthewidthofnotchedspecimenandmillingspeedonIzodnotchedimpactresistanceofPVC3结论(1)PC材料的注塑试样和机铣试样的冲击强度均值相同，但是机铣获得的试验数据更稳定。缺口剩余宽度为8.0mm的试样，在20m/min的加工速度下获得的冲击强度最大。(2)对于均聚PP，注塑试样的冲击强度明显高于机铣试样。同时，材料的冲击强度受加工速度及缺口尺寸变化影响都较显著。(3)在标准规定的尺寸范围内，试样的缺口加工方式、缺口剩余宽度及刀具速度对ABS试样的冲击强度影响不大。(4)对于二次机械加工得到的PVC缺口试样，冲击强度受加工尺寸影响显著，数据波动较大。参考文献［1］AmericanSocietyforTestingandMaterials.ASTMD256－2010standardtestmethodsfordeterminingtheIzodpendulumimpactresistanceofplastic［S］.北京:中国标准出版社，2010.［2］全国塑料制品标准化技术委员会秘书处.GB/T1843－2008塑料悬臂梁冲击强度的测定［S］.北京:中国标准出版社，2008.［3］董跃，胡益林，刘俊龙.浅析简支梁冲击强度的影响因素［J］.聚氯乙烯，2007，(6):22－24.',)