夏比冲击试验和伊佐德冲击试验

我们日常生活中使用的许多树脂产品，例如智能手机和汽车保险杠，都需要耐冲击性。用于确定树脂抗冲击性和韧性的一些最简单的方法是夏比冲击试验和伊佐德冲击试验。它们是将高速冲击施加到测试样品上的摆锤冲击试验。

什么是摆锤冲击试验？

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摆锤冲击试验使用摆锤的原理：摆锤从特定高度向下摆动并撞击 V 形缺口样品。测量冲击能量（破坏、变形或推开样品所需的能量）以确定样品的冲击强度，即破坏样品时吸收的冲击能量。冲击强度越大，冲击时吸收的能量越大。因此，能够吸收更多能量的材料更坚韧，可以承受更大的冲击。

冲击能量是锤子在样品破碎前后的势能差。

W = 样品断裂时吸收的能量
E₁ = 锤子在起始位置的势能
E₂ = 锤子在冲击后上升角度的势能

要计算冲击能量，我们必须找到两个角度之间的差值：1) 冲击后锤子上升的角度，以及 2) 没有测试样品时的锤子上升的角度。此外，我们还必须考虑由于摆锤轴承中的空气阻力和摩擦而发生的能量损失。因此，需要对测量的能量进行校正以获得准确的结果。在 Yasuda Seiki，我们使用简化校正方法。

【简化修正法】

Wc = 修正后吸收能量（J）
WR = 锤子旋转轴周围的力矩（N・m）
α = 锤子释放角度（°）
α’ = 锤子从角度 α 释放时无试验样品的上升角（°）
β = 冲击后上升角（°）

【计算冲击强度（kJ/㎡）】

a = 冲击强度 (kJ/㎡)
Wc = 校正后的吸收能量 (J)
b = 样品宽度 (mm)
h = 样品厚度 (mm)

摆锤冲击试验主要有三种类型：夏比冲击试验、伊佐德冲击试验和拉伸冲击试验。前两种方法是最常见的，本文将讨论前两种方法。

夏比冲击试验的测试标准：JIS K 7111-1、ISO 179-1、ASTM D 6110

在夏比冲击试验中，测试样品两端均有支撑。锤子在缺口对面的一侧敲击样品的中心。只需将样品放在砧座（测试站）上即可轻松设置，因此可以轻松高效地进行测试。
夏比冲击试验是摆锤冲击试验的主流试验方法，与伊佐德冲击试验相比，夏比冲击试验更为常用。

伊佐德冲击试验的测试标准：JIS K 7110、ISO180、ASTM D256

在悬臂梁冲击试验，试验样品的一端固定，锤子敲击有缺口的另一端。与夏比冲击试验相比，这种试验方法在程序上包括更多步骤，因此需要更多工作。然而，它至今仍被一些汽车制造商使用。这些汽车品牌的零部件和材料供应商也会进行悬臂梁冲击试验。

夏比和悬臂梁冲击试验中使用的试验方法和试验机由国际标准化组织 (ISO)、日本工业标准委员会 (JISC) 和美国材料试验协会 (ASTM) 标准化。

标准		主题	标题
JIS^※1	K 7111-1	夏比冲击试验	塑料—夏比冲击性能测定—第 1 部分：非仪器冲击试验
	K 7110	伊佐德冲击试验	塑料—伊佐德冲击试验测定强度
	B 7739	冲击试验机	非金属材料摆锤式冲击试验机—试验机验证
ISO	179-1	夏比冲击	塑料—夏比冲击性能测定—第 1 部分：非仪器化冲击试验
	180	伊佐德冲击	塑料—伊佐德冲击强度测定
	13802	冲击试验机器	塑料—摆锤冲击试验机验证—夏比冲击试验、伊佐德冲击试验和拉伸冲击试验
ASTM	D6110	夏比冲击试验	塑料缺口试样夏比冲击抗力的标准试验方法
ASTM	D256	伊佐德冲击试验	塑料伊佐德摆锤冲击抗力的标准试验方法

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^※1日本工业标准

【相关标准】

标准		标题
JIS	K 7062	玻璃纤维增强塑料悬臂梁冲击强度试验方法
JIS	K 7077	碳纤维增强塑料夏比冲击强度试验方法

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除了试验程序外，ISO、JIS和ASTM标准还规定了夏比和伊佐德冲击试验所需的摆锤、砧和试验样品的细节。因此，了解标准化测试方法的基础知识至关重要。

标准	势能 (J)	无样品的最大允许摩擦损失 (能量容量的百分比)	冲击速度 (m/s)	打击边缘角度 (°)	打击半径边缘 (mm)
ISO/JIS	0.5	4	2.9 (±10%)	30±1	2.0±0.5
	1	2
	2	1
	4	0.5
	5	0.5
	7.5	0.5	3.8 (±10%)
	15	0.5
	25	0.5
ASTM	2.7–21.7	N/A	3.46	45±2	3.17±0.12

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夏比冲击锤的特性如上表所示，不同测试标准之间存在差异。在 ISO 和 JIS 标准中，锤子长度会根据冲击速度而变化。因此，不能使用同一把锤子来产生例如 4 J 的冲击和 7.5 J 的冲击。必须准备两个不同的锤子。

符号	参数	ISO/JIS	ASTM
―	试验样品长轴与参考之间的平行度平面	±4/1000	N/A
R₂	砧座曲率半径 (mm)	1±0.1	3.17±0.12
θ₂	砧座锥度 (°)	10±1	0
θ₃	砧座倾斜角(°)	5±1	0
―	支架与砧座的角度 (°)	90±0.1	90
L	样品支架之间的跨度 (mm)	62±(0.5/0)	101.6±0.5

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砧座的形状不同ISO（或 JIS）与 ASTM 标准之间。因此，要进行 ISO 和 ASTM 标准化测试，应准备两个不同的砧座。

标准	长度 L (mm)	宽度 b (mm)	厚度 h (mm)	缺口尖端剩余宽度 hN （毫米）
ISO/JIS	80±2	4.0±0.2	10.0±0.2	8.0±0.2
ASTM	124.5–127	3.0–12.7	12.70±0.15	10.16±0.05

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ISO 和 JIS 标准的缺口深度为 2 毫米，而 ASTM 标准为 2.54 毫米。ASTM 也没有规定测试样品的具体长度和宽度，而是给出了一个具体的范围。