淺談塑料懸臂梁沖擊強度標準ASTM D256-2010E1
沖擊強度常用來評價材料抵抗沖擊的能力或判斷材料的脆性或韌性程度，它是塑料材料在工程應用中的一項重要的性能指標，它反映不同材料抵抗高速沖擊而致破壞的能力。在測定塑料的沖擊強度時，常用到的測試方法有懸臂梁沖擊方法和簡支梁沖擊方法，而這兩種方法中又有缺口沖擊和無缺口沖擊兩種類型。標準ASTM D256-2010E1主要是針對懸臂梁缺口沖擊方法制定的標準，本文通過對該標準的解讀，并將其與GB/T 1843-2008進行了比較，簡要分析了兩個標準之間的差異。
標準ASTM D256-2010E1中主要介紹了4種測試方法，即方法A、方法C、方法D以及方法E（方法B為簡支梁沖擊，已被移走并用新標準號重新出版）。方法A與方法C類似，其中方法C中增加了拋擲修正，適合IZOD沖擊強度小于27 J/m的材料；方法D用于測量材料缺口靈敏度，缺口處的應力集中隨半徑的遞減而增加；方法E是反向缺口沖擊試驗，用于指示塑料的無缺口沖擊強度，然而用該方法所取得的測試結果與完全無缺口樣品取得結果并非一致。以下便是對這幾種測試方法的詳細介紹。
方法A 懸臂梁試驗
注解：
1、沖擊刃曲率半徑0.80±0.20mm；
2、沖擊刃與樣品初次接觸點距離臺鉗頂面22.0±0.05mm；
3、臺鉗固定夾具和活動夾具的上邊緣的半徑應為 0.25±0.12mm（0.010±0.005in）。
儀器應備有一個基礎擺錘，擺錘能量應為2.7±0.14 J,該擺錘可用于所有吸收能量小于此擺錘能量的85%的試樣。若需要更大的斷裂能量，則需要更換更大能量的擺錘，通常，能量在2.7~21.7 J一系列擺錘足以適用于大多數塑料。擺夾持和釋放機構的位置應在沖擊端下落垂直高度為 610±2mm處，這會使沖擊端在沖擊時產生的速度約為 3.5m/s。
該試驗機有2.75 J、5.5 J和11J、22 J三種能量的懸臂梁擺錘，適用于大多數的塑料試樣。
試樣要求：模制材料寬在 3.17~12.7mm（0.125~0.500in）的范圍內。尺寸小于 12.7mm（0.500in）的所有試樣都應在較短面開缺口。另外，所有壓模試樣都應在平行于模壓施加方向的面上開缺口。寬度小于6.4mm的試樣對夾持壓力很敏感，研究表明該類試樣吸收的能量偏大，因此推薦使用寬度6.4mm以上的樣品。
A 10.16±0.05 mm
B 31.8±1.0 mm
C 63.5±2.0 mm
D 0.25R±0.05 mm
E 12.70±0.20 mm
注：缺口剩余寬度A應用千分尺或其他合適測量工具來測量（如圖4所示的缺口深度微分尺）；樣品厚度不得大于12.7mm。
測試步驟：
1)準備至少5個樣品，若要測多個方向，每個方向至少5個樣品。
2)預估樣品斷裂所需能量，并選擇一個合適能量的擺錘；使用既能使一組試驗中的每個試樣斷裂，而能耗不超過其擺錘能量的 85%的最輕的標準擺。（太重的擺錘會減小讀數的靈敏度）
3)測量試樣的寬度和厚度，精確至0.025mm。
4)記錄沖擊時試樣吸收的能量，并處以試樣的橫截面積（或寬度），得到沖擊強度。
5)計算每組試樣中相同斷裂類型的平均值。
方法C 沖擊能量小于 27J/m 材料的懸臂梁試驗
其他步驟同方法A，但在操作步驟中增加了一步：將斷裂試樣的自由端重新放回夾持部分上，以相同的方法用擺錘作二次沖擊，該方法測得的能量可認為是拋擲樣品沖擊端的能量，然后用原來得到的能量值減去該能量便可得到修正后試樣斷裂所吸收的能量，稱為凈懸臂梁沖擊能量。用該能量值計算得到的沖擊強度稱為凈懸臂梁沖擊強度。當沖擊能量大于27 J/m時，拋擲能量相對于斷裂能量可忽略不計，可直接使用方法A進行測試。
方法D 缺口半徑靈敏度試驗
除以下幾個方面，其他同方法A。
開缺口：
除了 10 個試樣應開缺口半徑為 0.25mm（0.010in），10 個試樣應開缺口半徑為1.0mm（0.040in）外，其余開缺口應按圖 3中的規定進行。
步驟：
1)試驗每種缺口半徑的試樣 10 個。
2)應計算每組的平均沖擊強度，只是在每組內斷裂類型須統一為 C、H、C 和 H，或 P。
3)如果缺口半徑為 0.25mm(0.010in)的試樣不被沖斷，該試驗是不適用的。
4)假如 10 個半徑為 1.0mm（0.040in）缺口的任一試樣不能歸入 NB 類（非斷裂），則在得不到另外數據的情況下，缺口靈敏度方法不能使用，應從同一樣品上制得一套新的試樣，缺口半徑為 0.50mm（0.020in），重復上述步驟。
計算：
連接缺口半徑為 0.25 和 1.0mm（0.010 和 0.04in）的斷裂沖擊能量成直線，假如適用的話，還有缺口半徑為 0.50mm（0.020in）的，連線斜率計算如下：
b=（E2－E1）/（R2－R1）
式中
E2 =較大缺口的平均沖擊能量，J/m（缺口）；
E1 =較少缺口的平均沖擊能量, J/m（缺口）；
R2 =大缺口半徑，mm（in）；
R1 =小缺口半徑，mm（in）。
方法E 反向缺口懸臂梁試驗
其他同方法A，只是夾持試樣時要使沖錘沖擊在缺口面的反面，這樣缺口在沖擊過程中受到的就是壓力而不是拉伸應力。（如圖5）
反向缺口試驗采用的是標準的 0.25mm（0.010in）缺口試樣，以提供無缺口沖擊強度指標，反向缺口試驗的應用避免了在試驗前機加工無缺口樣條至所需的 10.2±0.05mm（0.400±0.002in）深度的要求，且提供了標準缺口試驗（試驗方法 A、C）同樣的試樣安裝的便利。值得注意的是，由反向缺口試驗所得的結果不總是與機加工至 10.2mm（0.400in）厚度要求的無缺口樣條所得的結果一致。
標準ASTM D256-2010E1同GB/T 1843-2008相比，差異主要體現在以下幾個方面：
ASTM D256-2010E1 | GB/T 1843-2008 | |
樣品尺寸 | 64±2mm×12.7±0.2mm | 80±2mm×10.0±0.2mm×4.0±0.2mm |
缺口 | 缺口深度：2.54mm | 缺口深度：2.00mm |
狀態調節 | 若無其他規定，應在 23±2℃和 50±10%相對濕度條件下進行狀態調節不少于 40 h | 若無其他規定，應在 23±2℃和 50±5%相對濕度條件下進行狀態調節不少于 16 h |
擺錘選擇 | 使用既能使一組試驗中的每個試樣斷裂，而能耗不超過其擺錘能量的 85%的最輕的標準擺 | 沖斷試樣吸收的能量應在擺錘標稱能量10%~80%范圍內,若有多個擺錘符合要求，應選擇能量較大的擺錘 |
總的來說，這兩個標準之間的差異較大，得到的結果不可比較，我們實際測試中，通常選用的方法仍然是GB/T 1843-2008 塑料 懸臂梁沖擊強度的測定。
