鲜为人知的冲击测试:多轴冲击

多轴冲击(multi-axial impact),又称作高速刺穿(high speed puncture)模拟了汽车在高速情况下的撞击。整车高速撞击状况可由NCAP(New Car Assessment Program)评判,而材料的高速撞击状况可由多轴冲击评判。

 

很多主机厂忽略了材料高速撞击要求,假设材料是脆性断裂易形成尖角伤害到乘客,故而用多轴冲击来管控该方面的风险是非常有必要的。现在较少的主机厂选用此冲击试验来判定塑料的韧性,而上海通用明确规定了多轴冲击要求。80年代,上海通用就以ASTM3763为标准判定使用材料的性能,一段时间后就以此为基础编写了自己的标准GM9904P来更好的规范材料。

 

多轴冲击测试机

 

多轴冲击相当于缺口冲击以及面冲击的结合。常见的缺口冲击有简支梁(charpy)和悬臂梁(Izod),面冲击的代表实验则是落球冲击(drop weight)。缺口冲击表征了材料吸收能量的能力,而面冲击则是用来衡量材料抵抗破坏的能力。因此对于两者的结合——多轴冲击对于材料的要求还是比较严格的。

 

多轴冲击多种结果图例列表

 

如何才能提高塑料的韧性以通过多轴冲击的测试呢?首先就是要明白塑料的增韧机理,目前业内普遍接受的就是银纹-剪切带原理。

 

研究表明,聚合物形变机理一般包括两个过程:

 

1.剪切形变过程,在这个过程中改变的只有塑料形状的改变,微观面例如分子的内聚能和物体的密度是基本不变。

 

 

2.银纹-剪切带过程,该过程进一步可发展为裂纹或断裂,这时塑料的密度将大大降低。事实上银纹的产生一方面是对塑料造成了一定的损伤,是亚微观断裂破坏的先兆,另一方面银纹与银纹相遇时或因为与橡胶颗粒相遇时,会使银纹转向或支化,所有这些过程的协同作用,可大大延缓材料的破坏过程,并使破坏所需的能量增加。

 

银纹与剪切带有相互作用,剪切带对银纹尺寸有控制作用,同时银纹前峰处的应力集中可诱发新剪切带。

 

 

ABS中的橡胶在形变屈服过程中可同时发生银纹与剪切带现象。银纹现象进一步可发展为裂纹,银纹比剪切带更易能吸收能量,对缺口冲击贡献大;剪切带比银纹抵抗破坏的能力更强,对面冲击贡献大。故而对于苯乙烯类材料,要提高多轴冲击,选择合适的橡胶是其精髓所在。