冲击力的计算公式是什么

强度计算公式是σ=F/S，单位为“帕”，对塑性材料来讲F为材料屈服时所受的最小的力，单位为“牛”，对脆性材料来讲F为材料发生塑性变形量为原长的0.2%时所受的力，单位还是：“牛”，S为受力材料的横截面积，单位为“平方米”。

力学上，材料在外力作用下抵抗破坏(变形和断裂)的能力称为强度。强度是机械零部件首先应满足的基本要求。按所抵抗外力的作用形式可分为:抵抗静态外力的静强度，抵抗冲击外力的冲击强度，抵抗交变外力的疲劳强度等。

拉伸强度MPa 公式=Fp/A 【最大荷重Fp除以截面积A】

拉伸断裂荷重N 公式=Fb 【断裂荷重Fb】

拉伸断裂应力MPa 公式=Fb/A 【断裂荷重Fb除以截面积A】

拉伸屈服应力Mpa 公式= Fyp/A 【上屈服点荷重Fyp除以截面积A】

偏置屈服应力MPa 公式=Fxp/A 【上屈服点荷重Fyp除以截面积A】

断裂伸长率 % 公式=Le/Lg*100 Le/Lg*100【伸长量Le除以标距Lg乘以100，伸长量Le是自动抓取的使用2点延伸计的时候Le抓取的是断裂时2点延伸计的数据，不使用2点延伸计的时候Le抓取的是断裂时全程位移的数据】

截面积mm2 公式=A 【截面积A】

一、塑料的来源

塑料工业属于高分子工业，是石化工业的一环，具有高度关联性，是多层次加工特性之产业。塑料是以石油或天然气为原料，经提炼、裂解成各种石化基本原料（单体）后，再经聚合反应（加成聚合或缩合聚合）而得的高分子树脂。各类塑料经过逐步加工衍生出各种下游制品，包括橡胶、涂料、接着剂、人造纤维、合成树脂等。

二、塑料的定义

塑料是以石油或天然气为原料，经过合成反应而得到的高分子树脂。所谓高分子树脂是指单体化合物经过聚合反应，聚合合成高分子聚合体，其分子量可达到数千甚至数百万。在高分子领域的分类上，分子量未达1000者称为低分子，介于1000～10000者称为准高分子或寡聚合体（Oligomer），大于一万以上者称为高分子（Polymer）。一般常用来做成型加工的塑料，其分子量大约在10000～1000000之间，而分子量低于一万的寡聚合体则常用来做纺织用树脂、涂料、接着剂、合成树脂等。所以，并非所有高分子聚合体均可作为塑料的用途，事实上要看其分子量、分子结构、官能基、玻璃转移温度（Glass transition temperature ，简称Tg）等种种因素，塑料随温度与分子间键结而呈现玻璃态、橡胶态、熔胶态等变化。

塑 料 名 称分 子 量 M/W.C

聚 乙 烯 PE4000

聚异丁烯 PIB17000

聚乙烯醇 PVA29200

聚苯乙烯 PS38000

压克力 PMMA10400

三、塑料的种类

一般而言，塑料可大分为两大类：热塑性塑料（Thermoplastic）及热固性塑料(Thermosetting)。

热塑性塑料在常温下通常为颗粒状，加热到一定温度后变成熔融状，将其冷却后则固化成型，若再次加热则又会变成熔融状，可进行再次的塑化成型。因此，热塑性塑料可经加热熔融而反复固化成型，所以热塑性塑料的废料通常可回收再利用，即有所谓的「二次料」之称。热塑性塑料分通用塑料（如PE、PP、PS、PVC、ABS等）、工程塑料（如PC、PA、POM、PBT、PPO、PPS、LCP等）和合金（如PC/ABS等）。

热固性塑料则是加热到一定温度后变成固化状态，即使继续加热也无法改变其状态。因此，热固性塑料无法经再加热来反复成型，所以热固性塑料的废料通常是不可回收再利用的。

四、工程塑料的定义及其特性

工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。日本业界将它定义为“可以做为构造用及机械零件用的高阅芩芰希�腿刃栽?00℃以上，主要运用在工业上”,其性能包括：

1. 热性质：玻璃转移温度(Tg)及熔点(Tm)高；热变形温度(HDT)高；长期使用温度高(UL-746B)；使用温度范围大；热膨胀系数小。

2. 机械性质：高强度、高机械模数、低潜变性、强耐磨损及耐疲劳性。

3. 其它：耐化学药品性、抗电性、耐燃性、耐候性、尺寸安定性佳。

被当做通用性工程塑料者包括聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)、聚酰胺(尼龙, Polyamide, PA)、聚缩醛(Polyacetal, Polyoxy Methylene, POM)、变性聚苯醚(Poly PhenyleneOxide, 变性PPE)、聚酯(PETP，PBTP)、聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS)、聚芳基酯，热硬化性塑料则有不饱和聚酯、酚塑料、环氧塑料等。它们的基本特性为拉伸强度均超过50Mpa，抗拉强度在500kg/cm²以上，耐冲击性超过50J/m，弯曲弹性率在24000kg/cm²，负载挠曲温度超过100℃，硬度、老化性优。聚丙烯若改善其硬度和耐寒性，也可列入工程塑料的范围。此外，还包括较特殊者的强度弱、耐热耐药品性优的氟素塑料，耐热性优的硅溶融化合物，以及聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、Polybismaleimide、Polysufone(PSF)、PES、丙烯塑料、变性蜜胺塑料、BTResin、PEEK、PEI、液晶塑料等。

各工程塑料的化学构造不同，所以它们的耐药品性、摩擦特性、电机特性等有所差异。由于各工程塑料的成型性不同，因此有的适用于任何成型方式，有的只能以某种成型方式进行加工，这样就造成了应用上的局限。热硬化型工程塑料的耐冲击性较差，因此大多添加玻璃纤维。工程塑料除了聚碳酸酯等耐冲击性大外，通常具有硬、脆、延伸率小的性质，但如果添加20~30%的玻璃纤维，则它的耐冲击性将有所改善。

五、结晶性塑料的定义及其特性

结晶是指分子排列的规则，冷却后成为结晶构造。一般塑料的结晶构造是由许多线状、细长的高分子化合物组成的集合体，依分子成正规排列的程度，称为结晶化程度（结晶度），亦谓每条分子只有部分排列整齐，所以结晶性树脂其实只有部分是结晶。结晶部分占有的比例，即为结晶度。而结晶化程度可用X线的反射来量测。有机化合物的构造复杂，塑料构造更复杂，且分子链的构造（线状、毛球状、折迭状、螺旋状等）多变化，致其构造亦因成形条件不同而有很大的变化。结晶度大的塑料为结晶性塑料，分子间的引力易相互作用，而成为强韧的塑料。为了要结晶化及规则的正确排列，故体积变小，成形收缩率及热膨胀率变大。因此，若结晶性越高，则透明性越差，但强度越大。

结晶性塑料有明显熔点(Tm)，固体时分子呈规则排列，强度较强，拉力也较强。熔解时比容积变化大，固化后较易收缩，内应力不易释放出来，成品不透明，成形中散热慢，冷模生产后收缩较大，热模生产后收缩较小。相对于结晶性塑料，另有一种为非结晶性塑料，其无明显熔点，固体时分子呈不规则排列，熔解时比容积变化不大，固化后不易收缩，成品透明性佳，料温越高色泽越黄，成形中散热快，以下针对两者物性进行比较。

结晶性塑料的特性如下：

1. 分子在结晶构造中紧密的靠在一起，所以结构就更坚实。密度、强度、钢度、硬度就增加，但透明度降低。

2.结晶性树脂在熔点温度时产生了急剧的比容下降，非结晶性树脂比容在熔点温度没有急剧改变。比容是指单位质量的体积，单位是/g。结晶度依树脂种类，冷却速度而异，硬质聚乙烯结晶度高达90％，耐龙的结晶度仅20～30％左右。冷却速度愈慢，结晶度愈高。

A. 结晶性与非结晶性塑料的物性对比

物 性结晶性非结晶性 物 性结晶性非结晶性

比重较高较低耐磨耗性较佳较低

拉伸强度较高较低抗潜变性(Creep)较佳较低

拉伸模数较高较低硬度较硬较低

延展性或伸长率较低较高透明性较低较高

耐冲击性较低较高加玻纤补强效果较高较低

最高使用温度较高较低尺寸安定性较差较佳

脆 性较脆－翘曲性较易－

收缩率较高较低着色性较难较易

流动性(MI)较佳较低耐热性较高较低

耐化学药品性较高较低折动性较佳较差

B. 热塑性塑料依结晶性与非结晶性区分

结晶性塑料非结晶性塑料

泛

用

塑

料聚乙烯

(Polyethylene, PE)

聚丙烯

(Polypropylene, PP)聚氯乙烯

(Polyvinyl Chloride, PVC)

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物 (Acrylonitrile-Butadene-Styrene, ABS)

通用级聚苯乙烯

（General purpose polystyrene，GPPS）

压克力

(Acrylic Resin, PMMA)

泛

用

工

程

塑

料尼龙

(Polyamide, PA-6, PA-66, PA-46, PA-11, PA-12)

聚对苯二甲酸乙酯

(Polyethylenephthalate, PET)

聚对苯二甲酸丁酯

(Polybutylenephthalate, PBT)

聚缩醛

(Polyacetal, Polyoxy Methylene, POM)

变性

（，PPO）

聚碳酸酯

(Polycarbonate, PC)

变性氧化二甲苯

（Polyphenylene Oxide PPO）

特

殊

工

程

塑

料聚苯硫醚

(Polyphenylene Sulfide, PPS)

液晶

(Liquid Crystal Polymer, LCP)

聚二醚酮

(Polyether Ether Ketone, PEEK)

氟碳树脂

(Polytetrafluorcethylene, PTFE)

聚氧苯甲酯

(Polyoxybenzylene, POB)

聚醚

(Polyphenylene Sulfide, PES)

聚讽

(Polysulfone, PSF)

聚芳香酯

(Polyarylate, U-Polymer, PAR)

聚醚酰亚胺

(Polyetherimide, PEI)

聚酰胺酰亚胺

(Polyamideimide, PAI)

六、塑料的性质

塑料虽有许多优良性质，但并非每一种塑料均能具备所有的优良性质。材料工程师与工业设计家都必须深入了解各类塑料的性质，才能设计出完美的塑胶制品。塑料的性质，大体可分为基本物性、机械性质、热性质、化学性、光学性及电气性等六类，下文将逐项加以讨论。

（一）基本物性

基本物性是指塑胶原料的基本物理性质，常见的有比重、假比重、粒径、粘度、分子量、游离单体含量、吸水率及透气率。

1、比 重

比重是指物质密度与水密度的比值（水密度为1），所谓密度是指单位体积的重量。目前所知塑料中比重较轻的为聚甲基戊烯（0.83），较重的为铁氟龙（2.3），其它的多在1左右。比重可用来估算制品所需原料的重量，而要减轻塑料的用量或重量可采用发泡的方式解决。比重的测定可依ASTM D792水中置换法测得。

2、分子量

一般化合物的分子量是不变的，而聚合体的分子量则是大小不均，所以必须采用平均值及分布度表示。常用的分子量表示法为重量平均分子量MW及数目平均分子量MN，其比值MW/MN称为分子量分布。这些的测定可依ASTMD3598的胶粒穿透色层分析法得到。

3、黏 度 黏度常用来显示胶塑体（Plastisol）及胶溶体（Organosol）的特性，一般可依ASTM D1823及ASTMD1824的方法测得。

4、假比重及粒径分布 这两项常用来显示塑料原料的颗粒大小及填塞紧密状况。粒径分布可依ASTMD1921的筛分法测得，假比重可依ASTM D1895的方法测得。

5、游离单体（Free monomer）

游离单体含量可表示树脂聚合的程度，一般以?或ppm表示。用做食品容器的塑料，或单体聚有毒性的塑料对游离单体含量管制较严。

6、吸水率（Water absorption）

吸水率表示塑料吸收水份的程度。其测量方法是将样品烘干后称重，再浸入水中24或48小时，然后取出来再称重，计算重量增加的百分比，即为吸水率。酚醛树脂、尿醛树脂、尼龙、纤维素树脂等吸水率较高，PE、PP等吸水率较低。一般吸水率大者，其机械强度与尺寸稳定性易受影响。

7、透气率 透气率表示塑料膜或塑料板气体穿透难易的程度，可依ASTM D1434的方法测得。

8、熔融指数（Melt Flow Index,MI）

熔融指数，全称熔液流动指数，是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值。它是美国量测标准协会(ASTM)根据美国杜邦公司(DuPont)惯用的鉴定塑料特性的方法制定而成，其测试方法是先让塑料粒在一定时间（10分钟）内、一定温度及压力（各种材料标准不同）下，融化成塑料流体，然后通过一直径为2.1mm圆管所流出的克（g）数。其值越大，表示该塑胶材料的加工流动性越佳，反之则越差。最常使用的测试标准是ASTM D 1238，该测试标准的量测仪器是熔液指数计(MeltIndexer)。测试的具体操作过程是：将待测高分子（塑料）原料置入小槽中，槽末接有细管，细管直径为2.095mm，管长为8mm。加热至某温度后，原料上端藉由活塞施加某一定重量向下压挤，量测该原料在10分钟内所被挤出的重量，即为该塑料的流动指数。有时您会看到这样的表示法?MI25g/10min，它表示在10分钟内该塑料被挤出25克。一般常用塑料的MI值大约介于1~25之间。MI愈大，代表该塑料原料粘度愈小及分子重量愈小，反之则代表该塑料粘度愈大及分子重量愈大。

（二）机械性质

机械性质是指塑料的各种机械性能强度，主要可分下列各项：

1、抗张强度（Tensile strength）及伸长率（Elongation）

抗张强度又称抗拉强度，是指将塑胶材料拉伸到某一程度，所需力量的大小，通常以每单位面积多少力来表示，而其所拉伸长度的百分比即为伸长率。拉伸强度试片其拉伸的速度通常为5.0～6.5mm/min。详细测试方法依ASTM D638。Strain）。

2、弯曲强度（Flexual strength或Bending strength ）

弯曲强度又称折曲强度，主要用来测定塑料耐折的能力，可依照ASTMD790的方法测试，常以每单位面积多少力来表示。一般塑料以PVC、美腊明树脂、环氧树脂及聚酯类弯曲强度为佳。玻璃纤维也常用来提升塑料的耐折性。

弯曲弹性率是指将试片弯曲时（测试方法如弯曲强度），在弹性范围内，单位变形量所产生的弯曲应力。一般弯曲弹性率越大，则表示该塑胶材料的刚性越好。

3、压缩强度（Compressive strength）

压缩强度是指塑料承受外来压缩力的能力，其测试值可依照ASTMD695方法测定。聚缩醛、聚酯、压克力、尿权树脂和美腊明树脂在这方面性能较突出。

4、冲击强度（Impact strength）

冲击强度是指塑料受外力打击所能承受的强度，其测试值可依照ASTMD256测试，其中有夏比（Charpy）法及艾氏（Izod）法两种。计算方法是将破坏试片所需的能量值除以试片的宽度。一般塑料以PVC、PE、PP、ABS等冲击强度较高。

5、硬度（Hardness）

一般塑料的硬度常采用Rock Well Durometer（洛氏硬度）及Shore Durometer（萧氏硬度）法来测试。其中Shore A常用来测定较软的塑料，如TPE等弹性体或橡胶；Shore D则用来测定较硬的塑料；而Rock Well几乎都是测定较硬之工程塑料或高性能工程塑料。它们的公式换算为Shore D ＋ 50 = Shore A。普通PE、MF、UF、FRP等塑料较硬，PE类较软。

6、弹性系数（Modulus）

弹性系数是指塑料受外力作用变形后恢复原来形状的能力，一般以应力对应变的比值表示。弹性值愈大表示塑料材料的刚性（Rigidity）愈好。

（三）热性质

热性质是指塑料在温度变化的影响下，各种形性改变的程度。通常热性质与塑料加工的关系最为密切。现将重要的项目分述如下：

1、玻璃转移点（Glass Transition Point，Tg）

当塑料的温度达到玻璃转移点时，其分子键的分枝开始局部脉动，塑料便由玻璃状变成橡胶状。也就是说，当聚合物的温度在Tg时，会由较高温下呈现的橡胶态，转至低温下所呈现的具坚硬易脆性质的玻璃状。结晶性塑料有明显的Tg及潜热值，聚合物是呈现橡胶态还是玻璃状全视Tg与当时使用时的温度而定，故Tg为聚合物在使用上的重要指针。以下列举数种塑料的Tg值：

塑料名称Tg (℃)

塑料名称Tg (℃)

PVC (rigid)80~212聚碳酸酯

(Polycarbonate, PC)39~150

HDPE-120PET79

LDPE-120PBT20

Polypropylene, PP-10~-18PI410

聚苯乙烯

(Polystyrene, PS)63~112PPS85

PMMA100~120PSF190

ABS88~105PESF230

PA57PEEK143

聚缩醛

(Polyacetal, POM)-50~-85U Polymer190

PEI217~220PAI280

Nylon 650~59Nylon 6, 649~261

Nylon 4678聚乙烯

(Polyethylene, PE)

-120~-125

Polyvinyl chloride60~76Polysulfone146~273

聚丙烯

(Polypropylene, PP)-10~-18ASA104

HIPS100PES230

SAN100PU120

2、塑料的熔点（Melting Point，Tm）

塑料的熔点是指塑料由固体状态变成熔融状态时的温度，此时结晶性塑料的比容显着增加，此温度又称可加工温度。下表为一些塑料的Tm值：

塑 料 名 称Tm (℃)

塑 料 名 称Tm (℃)

HDPE130~135PET250~265

LDPE107~120PBT225~230

Polypropylene, PP165~176POB450

PA220PEEK334

聚缩醛

(Polyacetal, POM)175~181PPS285~290

PTFE327Nylon 6215~225

Nylon 46295Nylon 11184~187

聚碳酸酯

(Polycarbonate, PC)220Nylon 12177~178

PMMA160Nylon 6, 6225~265

PVC (rigid)212Nylon 6, 10213

ACETAL160聚乙烯

(Polyethylene, PE)115~176

Nylon 6, 12210~220聚丙烯

(Polypropylene, PP)176

3、热变形温度（Heat distortion temperature，HDT）

热变形温度显示塑胶材料在高温受压下能否保持不变的外形，一般用来表示塑料的短期耐热性。若考虑安全系数，短期使用的最高温度应保持低于热变形温度10℃左右，以确保不致于因温度而使材料变形。最常用的热变形测定法为ASTM

D648试验法，即将试片在一定压力及一定加温速度下，弯曲到一定程度时的温度。例如，在一标准试片（127×13×3mm）的中心，置放在455kPa或1820kPa负载下，并以2℃/min条件升温直到变形量为0.25mm时的温度。对非结晶塑料，HDT比Tg小10~20℃；对结晶塑料，HDT则接近于Tm。通常加入纤维补强后，塑料的HDT会上升，因为纤维补强可以大幅提升塑料的机械强度，以致在升温的耐挠曲测试时，会呈现HDT急剧升高的现象。下表列举几项常用塑料的热变形温度比较：

塑料名称HDT1820Kpa(℃) 塑料名称HDT1820Kpa(℃)

结晶性非结晶性

聚乙烯

(Polyethylene, PE)29~126硬质 PVC54~79

聚丙烯

(Polypropylene, PP)40~152聚苯乙烯

(Polystyrene, PS)63~112

PBT60~65ABS66~107

PET80~100压克力 PMMA

(Acrylic Resin)68~99

尼龙6PA-663~80PPO100~128

Homopolymer POM125~136聚碳酸酯

(Polycarbonate, PC)39~148

Copolymer POM110H-PVC54~74

PI315~360PSF175

HDPE43~49PAR175

MDPE32~41PES205

尼龙6, 6PA-6, 662~261GPPS96

HDPE43HIPS96

LDPE32PS+20~30%GF103

尼龙6-10PA-6-1057AS88~104

尼龙6-12PA-6-1260Poly

(vinyl chloride)60~76

尼龙11PA-1155Polysulfone146~273

尼龙12PA-1255

4、热膨胀系数（Heat Expansion coefficient）

热膨胀系数是指塑料加热时尺寸膨胀的比率，可依ASTM D696的试验法测定。由于一般塑料的热膨胀系数比金属大2～10倍，因此在设计模具、塑料与金属并用的器具、塑料的钳核物时，必须详加考虑，以防止因内部应力而造成产品的龟裂变形。

5、收缩率（Shrinkage）

收缩率是指塑胶制品经冷却、固化并脱模成形后，其尺寸与原模具尺寸之差的百分比，可依ASTM D955方法测得。在塑料模具设计时，收缩率是首先必须考虑的，以免造成成形品尺寸的误差。

因结构不同的关系，结晶性塑料与非结晶性塑料的收缩率存在明显的差异。一般地，结晶性塑料的收缩率比非结晶性塑料的收缩率大上好几倍（如下表所示）。同时有添加玻璃纤维或其它强化剂的塑胶材料，其收缩率可降低好几倍。影响成型收缩的因素有热收缩、结晶度（热塑性）或硬化度（热固性）、弹性回复、分子配向、与成型条件等因素。

（1）热塑性塑料

塑料

名称成形收缩率(%)

塑料

名称成形收缩率(%)

塑料

名称成形收缩率(%)

ABS0.3~0.8PA0.6~2.5POM0.8~3.5

AS0.2~0.7PA-60.5~2.2PP1.0~2.5

CA0.3~0.8PA-660.5~2.5PPO0.5~0.7

CAB0.4~0.5PA-6101.2PPS0.6~1.4

CAP1PA-6121.1PS0.2~1.0

CP0.4~0.5PA-111.2PVA0.5~1.5

EC0.4~0.5PA-120.3~1.5PVAC0.5~1.5

EPS0.4PAR0.8~1.0PVB0.5~1.5

FEP3.0~4.0PBT1.3~2.4硬质PVC0.1~0.5

FRP0.1~0.4PC0.4~0.7软质PVC1.0~5.0

EVA0.5~1.5PCTFE0.2~2.5PVCA1.0~5.0

HDPE1.2~2.2PE0.5~2.5PVDC0.5~2.5

HIPS0.2~1.0PET2.0~2.5PVFM0.5~1.5

LCP0.1~1.0PES0.5~1.0SAN0.2~0.6

LDPE1.5~3.0PMMA0.2~0.8SB0.2~1.0

（2）热固性塑料

塑料名称成形收缩率(%) 塑料名称成形收缩率(%)

EP0.1~0.5SP0.0~0.5

MF0.5~1.5UF0.6~1.4

PDAP0.1~0.5UP0.1~1.2

PF0.4~0.9DAP0.1~0.5

PU0.6~0.8BMC0.0~0.2

（3）各类塑料对超音波融接的难易

材 质适宜融着技术的难易强 度

PS（一般用）优优优

Polyester

（tetoron dacron）优优优

AS良良优

ABS良良良

PC良良优

Polyactal

（Delrin，Duracon）良良优

亚克力

（Acrylic）可可可

PVC

（硬质）可可良

PP不可可良

PE不可不可不可

Polyamide

（尼 龙）不可不可不可

计算公式：σt = p /( b×d)

式中，σt为拉伸强度（MPa）；p为最大负荷（N）；b为试样宽度（mm）；d为试样厚（mm）。

测试设备为：拉力机、万能材料试验机。

缺口塑料的检测主要是根据国标GB/T 1843-2008《塑料　悬臂梁冲击强度的测定》进行，方法较简单，样品恒温24小时后冲击试验即可。检测结果以冲击功J（焦耳）除以缺口剩余横截面M2（平方米），单位是MJ/M2，也可以折算为Kg.cm/cm2或美国标准的 J/M。

缺口塑料检测的关键是如何制备标准样品，分两种，原料性能检测标准样品与产品性能检测标准样品。

原料性能检测标准样品是对塑料原料而言，需要经过注塑成型制备样品，根据国标GB/T 17037.1-1997《热塑性塑料材料注塑试样的制备 第1部分:一般原理及多用途试样和长条试样的制备》进行，由于需要专用注塑机和模具，所以多数是委托专业部门制作。

产品性能检测标准样品是对塑料产品而言，例如板材、管材、异型材等，需要经过机械加工制备样品。

缺口塑料样品的缺口又分两种，U型（又叫方形)缺口与V型缺口，常用的是U型缺口，V型缺口样品根据国标GB/T 18658-2002《摆锤式冲击试验机检验用夏比V型缺口标准试样》制作。