在測量聚合物塑料、復合材料以及其他材料的沖擊強度時，韌性到脆性的轉變溫度（以下簡稱：韌脆轉變溫度）是一項需要考慮的關鍵參數，尤其是在汽車、航空航天和其他安全性至關重要的應用領域。
落錘沖擊試驗機根據穿刺試驗方法或拉伸沖擊試驗程序可以分析材料的韌性到脆性的轉變。在本文中主要介紹了什么是韌脆轉變溫度，以及如何使用落錘沖擊測試技術對其準確性和重復性進行測試分析。
什么是韌脆轉變溫度？
聚合物材料的延展性取決于它們在斷裂前能吸收多少沖擊能量，這一特性被稱為韌性。隨著溫度的降低，材料的韌性降低，直到變脆，這一過程被稱為韌性到脆性轉變。當材料達到其脆性狀態時，它會失去大部分沖擊強度，這意味著災難性失效的可能性呈指數級增加。
在某些應用中，聚合物塑料即使在低溫下也必須保持其韌性和延展性。例如，冬季的汽車或高海拔的飛機通常會暴露在零度以下的環境中。因此，這些應用中使用的材料必須在低溫下保持韌性，以確保發生碰撞時乘客的安全。
如何計算韌脆轉變溫度？
穿刺試驗法是測量聚合物韌脆轉變溫度的最簡單方法。標準ISO 6603-2（塑料的穿刺沖擊行為）和ASTM D3763（塑料的高速穿刺性能）提供了如何對塑料進行穿刺試驗的指南。
該過程涉及一個沖擊器以特定的沖擊能量垂直撞擊圓盤或方形試樣。由于使用了特定的測壓元件，因此可以確定撞擊期間材料的吸收能量。此測試通常是用于汽車應用的材料必須顯示先進的沖擊性能的先決條件。
另外一種確定韌脆轉變溫度的方法是拉伸沖擊試驗。該測試須測量在高達20m/s的高速拉伸載荷下斷裂試樣所需的力。ISO 8256是該方法主要參考標準。
無論選擇何種測試方法，測量材料的韌性到脆性轉變都需要對樣品進行“調節”，使其達到所需的溫度。如果沒有集成的調節設備，這個過程可能是具有挑戰性的。
低溫測試時主要挑戰有哪些？
通常，在進行穿刺或拉伸測試時，樣品在測試前需要在外部低溫恒溫器中冷卻。這個過程有幾個缺點：
1、停機時間：每次進行新的測試時，由于必須將樣品放置在低溫恒溫器中，等待其冷卻，然后將其加載到沖擊測試儀上，因此會耗費時間。
2、準確度：當樣品從低溫恒溫器中取出并裝載到沖擊測試儀上時，其溫度可能略有變化，這可能會影響測試結果的準確度。
3、成本：低溫恒溫器可能很昂貴，并且需要能源和維護成本。
4、占地面積：低溫恒溫器的占地面積很大。
有時，實驗室使用自制的解決方案來調節已經加載到沖擊測試儀上的試樣。例如，可以使用管道將來自低溫恒溫器的冷空氣直接吹到樣品上。然而，這種方法是能量密集型的，并且不能防止潛在的溫度變化，因為試樣不在封閉的室內。
幸運的是，還有另一種更有效的低溫測試方法——在低溫下進行精確的落錘沖擊試驗。最新的落錘沖擊試驗機配有可選的集成恒溫室，其中包含支撐夾具和試樣。通過這種方式，可以在樣品已經裝載時快速調節樣品，從而消除了將樣品從低溫恒溫器轉移到測試儀所造成的停機時間。
在-70°C至150°C的溫度范圍內，先進的落錘機可以在大多數環境條件下測試聚合物塑料。通過集成自動進料系統，可以同時加載多達30個樣本，進行無縫測試。
最新的軟件解決方案能夠在幾分鐘內設置測試，并可以選擇在不同溫度下測試不同的樣品，而無需每次停止。可以運行多達30個連續測試，溫度階躍變化低至2°C。
另一個顯著的好處是，在測試過程中，樣品始終處于所需溫度，確保結果的最佳準確性和重復性。不必擔心將樣本從低溫恒溫器轉移到測試儀時可能發生的潛在溫度變化。
落錘式or擺錘式沖擊測試儀？
擺錘式沖擊試驗機仍然是測量韌脆轉變溫度的最常用儀器。這些設備可執行拉伸測試，但與落錘式沖擊測試儀相比存在局限性，主要包括以下幾個方面：
1、靈活性：擺錘只能進行拉伸測試，而落錘測試儀適用于拉伸和穿刺測試，從而具有更大的靈活性；
2、能量和速度：鐘擺只能在固定的沖擊能量和沖擊速度下測試樣品，這取決于所選的錘進行測試，而落錘沖擊測試儀可以在廣泛而靈活的能量和速度范圍內運行測試；
3、溫度：與落錘沖擊測試儀不同，擺錘沒有集成恒溫室。
憑借最新的落錘沖擊試驗機技術，研發部門可以不斷創新材料，以實現最佳的延展性和韌性。通過在多種環境條件下測試聚合物、復合材料和其他材料，實驗室可以進一步了解材料在低溫下的行為，從而找到提高性能的新方法。
