热塑性电池外壳的抗冲击失效分析：落锤冲击试验机的应用指南

随着新能源汽车行业的飞速发展，动力电池的安全性能已成为行业关注的焦点。电池外壳作为保护电芯免受外部冲击、穿刺及极端环境侵害的第一道防线，其材料的选择与力学性能至关重要。传统的金属外壳虽强度高，但重量大、易腐蚀；而常见的热固性复合材料则面临难以回收的环保困境。

在此背景下，一种基于阿科玛艾利姆MC5丙烯酸树脂，并添加氢氧化铝（ATH） 阻燃剂和20wt%短切玻璃纤维的新型热塑性片状模塑料（SMC）复合材料应运而生。这种材料不仅具备轻质高强、耐腐蚀、隔热阻燃的优异特性，更因其热塑性本质而拥有抗冲击性好、成型周期短且可回收的显著优势，完美契合了汽车行业对轻量化与可持续发展的双重追求。

然而，目前针对此类新型热塑性SMC电池外壳的抗冲击性能研究尚属空白。为此，科准测控团队依托先进的落锤冲击试验系统，对该材料及其制成的完整电池外壳进行了系统的低速冲击测试，以科学数据评估其损伤容限，为产品的设计与优化提供关键依据。

一、测试原理

低速冲击测试旨在模拟产品在生命周期内可能遇到的诸如工具跌落、碎石撞击等意外事件。当一个具有特定质量和速度的冲击头撞击试样时，冲击能量会瞬间作用于试样表面。材料通过自身的弹性变形、塑性变形以及内部纤维断裂、基体开裂等多种损伤机制来吸收和耗散这些能量。

通过测量冲击过程中的力-时间曲线，我们可以分析出材料的峰值载荷、能量吸收特性及损伤演化过程。测试后对试样损伤形貌（如凹坑深度、裂纹扩展）的观测，则能直观地评估材料的抗损伤能力和剩余性能。这对于确保电池外壳在遭受碰撞后仍能保持结构完整性和密封性至关重要。

二、测试标准

ASTM D7136 / D7136M： 《复合材料板落锤冲击损伤测试标准方法》

该标准详细规定了用于测定纤维增强聚合物基复合材料板在准静态压痕力作用下受落锤冲击产生损伤的阻力程序。我们的测试在试样制备、支撑夹具设置及冲击头规格上均严格遵循此标准。

三、测试仪器

1、KZ-ITM-6350 落锤冲击试验机

1、主要技术特点

高刚度主机框架：采用双立柱结构，确保冲击过程的稳定性和垂直度，避免侧向摩擦和能量损失。

智能化提升与释放系统：电动提升，自动捕捉和释放冲锤，高度定位精确，重复性好，确保了测试的公正性和准确性。

2、仪器化测量系统

高精度力传感器：安装在冲锤锤头处，频响高，能准确捕捉瞬间冲击力。

高速数据采集卡：采样率极高，能完整捕获毫秒级的冲击过程。

专业测试软件：科准自主研发的软件，可实时显示、记录、分析和存储测试数据（如F-t曲线），并自动计算峰值力、吸收能量等结果，生成测试报告。

安全防护装置：配备全封闭防护箱体，有效防止冲击碎片飞溅，保障操作人员安全。

模块化设计：可适配不同质量冲锤、不同形状锤头（平头、半球头等）及各种规格的标准头模，以满足不同标准的测试要求。

3、主要技术参数

四、测试流程

1. 试样准备

SMC板材试样： 从原材料上切割出尺寸为165mm × 100mm × 2.5mm的矩形板。

完整电池外壳： 外部尺寸为440mm × 300mm × 89mm，底部带对称支撑脚的新型热塑性SMC电池外壳总成（含盖板）。

2. 夹具与安装

板材测试： 将试样放置于带中心开口的钢制支撑底座上，使用专用环形夹具牢固压紧。

外壳测试： 为完整外壳设计定制化夹具。该夹具由上下两块钢制支撑板组成，上支撑板带开口以暴露冲击区域，下支撑板为实心以提供全面支撑，通过8个M18螺栓将外壳紧密固定在两板之间。

3. 测试参数设置

冲击能量： 设置7.5J（模拟轻微碰撞）和30J（模拟中等强度冲击）两个能量等级。

对应速度： 通过计算与调试，7.5J对应冲击速度约为1.486 m/s，30J对应冲击速度约为2.972 m/s。

测试规划： 每个能量等级对两块SMC板材试样进行测试；完整电池外壳仅在30J能量下进行测试。

4. 测试执行

启动试验机，将落锤提升至预设高度。

释放落锤，冲击头自由下落撞击试样中心位置。

设备自动记录冲击力-时间数据，并计算冲击速度。

5. 结果评估

每次冲击测试完成后，立即取下试样或外壳。

使用深度测量仪或三维扫描仪，对冲击中心区域的永久性损伤（凹坑）深度进行精确测量。

同时，对试样表面的宏观损伤形貌（如裂纹、纤维暴露等）进行观察和记录。

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