影响冲击性能的关键因素分析

（1）材料性能 塑料的抗冲击性能与金属相比差距很大，而且不同塑料品种差别也很大。有的塑料无缺口的抗冲击性能可能比别的品种低，但有缺口的抗冲击性能反而比别的品种高，如ABS无缺口的冲击强度（20℃）为44.22kJ/m²，而GFPA的为65.49kJ/m²，但有缺口时ABS的冲击强度为12.31kJ/m²，而GFPA的为11.71kJ/m²。

通常，落球冲击强度<20J/m的塑料为脆性材料。结晶型塑料，填充或增强、增韧塑料，以及塑性及弹性好、分子链柔性好的品种，抗冲击性好，例如，PC、POM、PA、ABS、F4、LDPE、HDPE等，以及改性增韧的塑料，如HIPS、高抗冲ABS、PP/POE、PVC/CPE/PS（PMMA、PP）、微孔结构泡沫塑料等。

（2）制品尺寸形状 制品的尺寸形状及结构，如壁厚、加强筋、圆角半径、缺口、深槽等都直接影响制品的抗冲击性能。制品结构应具有足够的强度及刚性，能抗冲击，抗变形。

（3）应力集中 应力集中对抗冲击性影响很大，应力集中的原因来自如下三个方面：

1）塑料性能。有一些塑料易形成内应力或对内应力很敏感，这类塑料一旦聚积了内应力，则会大大地降低其抗冲击性能，如PS、PP、PC、PMMA等。PC无缺口的冲击强度可达101.4kJ/m²，而有缺口时，由于冲击时发生了应力集中，冲击强度则降至14.15kJ/m²。

2）成型加工。制品经成型加工后会形成残余应力、熔接缝、表面细纹、银纹、表面粗糙等缺陷，在承受冲击负荷时，这些缺陷都会引发应力集中，加速裂纹扩展。缺口不同加工方法对冲击强度的影响见表6-8。

表6-8 缺口不同加工方法对冲击强度的影响 （单位：kJ/m²）

3）制品尺寸形状。制品上有缺口、尖角、壁厚不匀、有变形翘曲、制品经机加工的部位都是引发应力集中的区域，而应力集中是降低制品冲击强度的主要原因之一。因此，在设计制品时需要考虑应力集中系数。

悬臂梁的应力集中系数与材料径厚比的关系如图6-22所示，不同塑料缺口尖曲率半径对冲击强度的影响如图6-23所示。

图6-22 悬臂梁的应力集中系数与材料径厚比的关系曲线

图6-23 不同塑料缺口尖曲率半径对冲击强度的影响

（4）工作环境 温度高低直接影响分子链活动的能力，温度高时链段活动加强，抗冲击性好，温度低时链段活动能力弱，材料呈脆性，抗冲击性能低，不同塑料对温度的反映不等，如图6-24所示。(www.xing528.com)

图6-24 几种塑料冲击强度与温度的关系

a）悬臂梁冲击强度与温度的关系 b）简支梁冲击强度与温度的关系

因此，无定形塑料在温度接近T_g或高于T_g时冲击强度有明显提高，结晶型塑料在接近或大于T_g时抗冲击强度也会有更大的提高。但当温度下降时，脆性成分增加，冲击强度也随之下降。通常，试验温度为（23±2）℃。几种塑料在不同温度环境中抗冲击性能的变化情况见表6-9。

湿度对冲击强度的影响与温度相似，塑料吸湿后水分会提高分子链的活动能力，起到增塑作用，从而可提高抗冲击强度，如尼龙吸水后的冲击强度比干燥状态的尼龙有明显提高。通常，试验的湿度为HR45%～50%。

表6-9 几种塑料材料的抗冲击性能

注：A—脆性、无缺口试样冲击断裂；B—缺口脆性，钝缺口试样冲击断裂，无缺口试样冲击时不断裂；C—缺口脆性，锐缺口试样冲击断裂；D—韧性，锐缺口试样冲击不断裂。

虽然温度升高、湿度增大有利于提高冲击强度，但都有一定的范围，太高的温度及湿度会导致聚合物形态变化，反而会降低冲击强度，如PC等水敏性塑料，易发生水解反应，所以湿度大时冲击强度会降低。此外，制品接触腐蚀介质及老化也都会降低抗冲击性能。

（5）冲击速度 冲击速度与冲击能量有关，试验时规定摆锤速度在2.9～3.8m/s内。冲击速度快，大分子链段可能来不及传递和消散冲击能力，使材料脆性变形成分增加，会引发应力集中导致脆性断裂。在高速冲击时，即使塑性材料也会发生脆性断裂，使冲击强度降低。冲击速度对不同材料抗冲击性影响程度不同，通常脆性材料对冲击速度变化较敏感，PC和增韧改性塑料敏感性较低。

此外，对制品冲击物的形状、冲击面积大小、冲击部位及制品使用时的安装形式等，对制品的冲击强度也有影响。简支梁试验表明，当试样厚度相同时，支点跨距大的抗冲击性好；在悬臂梁试验中，如试样夹持力大，夹持长度长，则冲击强度会下降。

（6）取向性 平行于材料取向方向的冲击强度大于垂直方向的，所以有取向性的制品不利于抗冲击性。取向性对材料抗冲击性有害而无利，但对压延板、引伸挤出管等制品，取向性很明确，或者表面有压缩应力的制品，则在制品设计时可按取向设计，以提高抗冲击性。

（7）加工方式及加工质量 制品成型后经热处理的，或经拉伸等预应力加工的，或表面经强化处理的制品抗冲击性可提高；但经机械加工、腐蚀处理的制品及加工中出现内应力、降解、表面粗糙等质量缺陷的制品抗冲击性都会降低。