Heat deflection temperature volgens ASTM D648 en ISO 75
Thermoplasten verliezen met name hun stijfheid en hardheid bij hogere temperaturen. De heat deflection temperature (HDT) wordt ook heat distortion temperature genoemd en beschrijft de temperatuur waarbij een kunststof begint te vervormen onder een bepaalde belasting. Deze waarde wordt bij materiaaltests gebruikt om de thermische weerstand van een materiaal te karakteriseren. De HDT wordt gemeten door een bepaald sample te onderwerpen aan een verhogende temperatuur bij constante belasting in een 3-punts buigopstelling, en dit tot een bepaalde doorbuiging wordt bereikt.
De normen ASTM D648 en ISO 75 beschrijven de testprocedure en leggen de vereisten aan de testapparatuur vast, naast de testcondities zoals belasting, samplegeometrie en opwarmsnelheid. Zo worden internationaal vergelijkbare resultaten bereikt.
Een andere snelle en eenvoudige methode voor het bepalen van de heat deflection temperature van kunststoffen (naast relatief complexe methoden zoals DSC Differential Scanning Calorimetry of DMA Dynamic Mechanical Analysis) is de Vicat softening temperature VST volgens ISO 306 of ASTM D1525.
Doel & toepassingen Overzicht normen Samples Video Testverloop ISO vs. ASTM testconditiesHeat deflection testerDownloads Vraag een gesprek FAQ
Waarvoor wordt HDT gebruikt en waarom is het belangrijk?
De heat deflection temperature is een puur vergelijkende waarde die gebruikt wordt voor verschillende doeleinden. Bij kwaliteitscontrole helpt ze afwijkingen in materiaalkwaliteit detecteren tijdens de productie. Als een relatieve vergelijkende waarde is ze belangrijk voor de selectie van kunststoffen voor toepassingen met thermische belasting, bijvoorbeeld de automobielsector, elektrische toepassingen of de bouw. Ze geeft ontwikkelaars en ingenieurs informatie over de geschiktheid van een materiaal voor een bepaalde toepassing zonder verlies van dimensionele stabiliteit. Een hoge HDT waarde betekent dat het materiaal betrouwbaar blijft, zelfs bij hoge temperaturen en belastingen. De resultaten leveren echter geen informatie over de maximale gebruikstemperatuur van het eindproduct.
Heat deflection temperature - overzicht van de normen
ISO 75-1 beschrijft de algemene testmethode voor bepaling van de heat deflection temperature onder belasting. In alle delen van ISO 75 wordt enkel een flatwise opstelling van het sample toegelaten voor de test.
ISO 75-2 bevat specifieke vereisten voor kunststoffen (waaronder gevulde kunststoffen en vezelversterkte kunststoffen met vezellengte tot 7,5 mm voor verwerking) en eboniet. Er worden drie testmethoden beschreven met verschillende constante buigspanningen bij het begin van de test:
- Methode A: buigspanning = 1,80 MPa
- Methode B: buigspanning = 0,45 MPa
- Methode C: buigspanning = 8,00 MPa
De methode mag vrij gekozen worden, hoewel het aanbevolen wordt een hogere initiële belasting te kiezen voor stijvere samples. Afhankelijk van de uitgeoefende buigspanning, verschillen de resultaten aanzienlijk. Daarom moet de spanningstoestand aangegeven worden met de resultaten. Metingen hebben aangetoond dat de HDT van een sample uit polypropyleen verhoogt van 57 °C tot 99 °C naargelang Methode A (1,8 MPa) of Methode B (0,45 MPa) gebruikt wordt.
ISO 75-3 bevat specifieke vereisten voor bepaling van de heat deflection temperature van hardbare laminaten met hoge weerstand en met lange vezels versterkte kunststoffen (met vezellengte langer dan 7,5 mm voor verwerking). De buigspanning wordt berekend als fractie (1/1000) van de buigmodulus van het materiaal bij kamertemperatuur.
ASTM D648 bevat de standaard testmethode voor de heat deflection temperature van kunststoffen onder buigbelasting in edgewise positie van het sample. Er bestaan twee testmethoden op basis van de afstand tussen de opleggingen (afstand tussen de contactlijnen tussen sample en steunen):
- Methode A: 101,6 ± 0,5 mm
- Methode B: 100,0 ± 0,5 mm
Onafhankelijk van de methode moet een constante buigspanning van 0,455 MPa of 1,82 MPa uitgeoefend worden.
Samples volgens ASTM D648 en ISO 75
Voor de materiaaltest worden de samples normaal gemaakt via spuitgieten met bepaalde condities. Zo worden de resultaten uiterst reproduceerbaar.
Ook mechanische bewerking uit bijvoorbeeld onderdelen of platen, voor het testen van buizen of onderdelen uit de automobielsector, is toegestaan volgens zowel ISO 75 als ASTM D648. Bij het nemen van anisotropische samples uit platen is het belangrijk te verzekeren dat de samples zowel in langs- als in dwarsrichting genomen worden om richtingsafhankelijke verschillen te detecteren.
De vereisten voor de samples volgens ISO 75 en ASTM D648 worden opgelijst in de volgende tabel:
| Samplevoorbereiding: | ISO 75-1 en ISO 75-2 | ASTM D648 |
|---|---|---|
| Uitlijning | Flatwise positie | Edgewise positie |
| Spuitgegoten | Lengte: 80 ± 2,0 mm Breedte: 10 ± 0,2 mm Dikte: 4 ± 0,2 mm | Min. lengte: afstand tussen de opleggingen +12,7 mm Breedte: 3-13 mm Dikte: 12,7 ± 0,5 mm |
| Uit platen/componenten | Dikte: 3-13 mm; bij voorkeur 4-6 mm | Dikte: 3 mm of dikker |
| Hoeveelheid | Minstens twee samples* | Minstens twee samples |
*Samples worden per twee geplaatst, met tegengestelde zijden aan de belastingskant.
Video: Heat Deflection Temperature volgens ISO 75 en ASTM D648
De video toont de testprocedure voor bepaling van de heat deflection temperature volgens ISO 75 en ASTM D648 en de Vicat softening temperature volgens ISO 306 en ASTM D1525 met de Amsler Allround heat deflection tester en onze testXpert testsoftware.
Testprocedure en vereisten volgens ISO 75 en ASTM D648
Bij de heat deflection temperature wordt het verlies aan stijfheid gemeten in een driepunts buigmethode. Hiervoor wordt een sample op de steunen gelegd in een vlakke (ISO 75) of rechtopstaande (ASTM D648) positie. De HDT belastingsstempel kan gemonteerd worden met behulp van een centreerwerktuig. Dit verzekert evenwijdigheid tussen de buigstempel en de steunen, en voorkomt fouten door een verkeerde uitlijning.
Het te gebruiken gewicht moet berekend worden volgens de normen. Dit gebeurt op dezelfde manier in ISO 75 en ASTM D648 en kan in de testXpert testsoftware. De belangrijkste factoren hier zijn de afmetingen van de samples, de afstand tussen de steunen en de uit te oefenen spanning in functie van de gekozen testmethode.
Na het bereiken van de vereiste starttemperatuur (ISO 75 >27 °C, ASTM D648 kamertemperatuur), wordt de opstelling neergelaten in het verwarmde bad (olie) en worden de samples na een wachttijd van 5 minuten belast met de gewichten. De wachttijd van 5 minuten dient om kruip gedeeltelijk te compenseren (sommige materialen vertonen kruip wanneer ze blootgesteld worden aan een specifieke buigspanning).
De initiële kruipverplaatsing wordt geregistreerd, waarna de doorbuiging genuld wordt en de temperatuur verhoogd wordt met een uniforme verwarmingssnelheid van 120 ± 10 °C/u volgens ISO 75 of 2 ± 0.2 °C/min (≙ 120 ± 12 °C/u) volgens ASTM tot de standaard doorbuiging bereikt wordt.
Het resultaat van de HDT test is de temperatuur waarbij een doorbuiging van 0,25 mm (ASTM) of een buigrek van 0,20% (ISO) bereikt wordt.
De volgende tabel bevat een vergelijking van de belangrijkste parameters uit ISO 75 (Delen 1 en 2) en ASTM D648.
Overzicht van testvereisten voor ASTM D648 vs. ISO 75
| ISO 75-1, ISO 75-2 | ASTM D648 | ||
|---|---|---|---|
| Testopstelling | Straal van de steunen | 3 ± 0,2 mm | 3 ± 0,2 mm |
| Afstand tussen de steunen | 64 ± 1 mm | Methode A: 101,6 ± 0,5 mm Methode B: 100,0 ± 0,5 mm | |
| Buigspanning | Methode A: 1,80 MPa Methode B: 0,45 MPa Methode C: 8,00 MPa | 1,82 MPa 0,455 MPa | |
| Temperatuur | Starttemperatuur | < 27 °C | Omgevingstemperatuur |
| Opwarmsnelheid | 120 ± 10 °C/u 12 ± 1 °C/6 min | 2 ± 0,2 °C/min 10 ± 1 °C/5 min ≙120 ± 12 °C/u | |
| Temperatuurmeting positie | Niet verder dan 12,5 mm van het midden van het sample | Niet verder dan 10 mm van het sample, zonder het aan te raken | |
| Resultaat | Standaard doorbuiging | 0,20 % | 0,25 mm |
| Herhaling | Als de individuele resultaten meer dan 2 °C afwijken voor amorfe kunststoffen of eboniet, of meer dan 5 °C voor semikristallijne materialen | – |
Heat deflection tester volgens ISO 75 en ASTM D648
Met de Amsler Allround 6-300 heat deflection tester heeft ZwickRoell een gemotoriseerd toestel met een volautomatisch testverloop voor de bepaling van Vicat en heat deflection temperaturen tot 300 °C volgens alle ASTM en ISO normen. De geavanceerde verplaatsingsmeting en temperatuurregeling zorgen voor nauwkeurige en herhaalbare resultaten. Een gebruiksvriendelijk, veiligheidsgeoriënteerd design zonder compromissen verzekert comfort en veiligheid. Het toestel is leverbaar met 2, 4 of 6 teststations met geautomatiseerde start van het koelproces, gemotoriseerd onderdompelen van het sample en aanbrengen van de belasting. De heat deflection tester kan stand-alone bediend worden via het aanraakscherm, of verbonden worden met een PC. Met de testXpert testsoftware kunnen de resultaten verder geanalyseerd worden.
Meer over de heat deflection tester Meer over de testXpert testsoftware
Vaak gestelde vragen over de heat deflection temperature van kunststoffen
De heat deflection temperature (HDT) wordt ook heat distortion temperature genoemd en is een materiaaleigenschap die de temperatuur beschrijft waarbij een kunststof plastische vervorming vertoont bij een vastgelegde belasting. Deze eigenschap wordt vooral bepaald bij thermoplasten en thermoharders, en is een belangrijke maat voor de thermische belastbaarheid van een materiaal.
ISO 75 beschrijft de algemene testmethode voor het bepalen van de heat deflection temperature en legt de vereisten aan de testapparatuur vast, naast de testcondities zoals belasting, samplegeometrie en opwarmsnelheid. Zo worden internationaal vergelijkbare resultaten bereikt. De heat deflection temperature geeft informatie over de temperatuur waarbij een kunststof begint te vervormen bij een bepaalde belasting.
De heat deflection temperature volgens ASTM D648 is een materiaalparameter die de temperatuur beschrijft waarbij een kunststof plastisch begint te vervormen onder een bepaalde mechanische belasting (constante buigspanning van 1,82 MPa of 0,455 MPa) en thermische invloed (temperatuurverhoging aan een uniforme verwarmsnelheid van 2°C / min in een oliebad). ASTM D648 beschrijft de testmethode voor de bepaling van de HDT waarde. De HDT waarde is de temperatuur bij een doorbuiging van 0,25 mm.
De resultatencurve vertoont vaak onregelmatige curven, zoals te zien is op de afbeelding. Dit fenomeen is volstrekt normaal en ligt aan het gedrag van de kunststof zelf. De warmte doet gedeeltelijk bevroren interne spanningen vrijkomen, die ervoor zorgen dat het sample in of tegen de richting van de test beweegt. Tijdens het vrijkomen van deze hoge residuele spanningen kan de gemeten verplaatsing zelfs kort negatief worden, wat zorgt voor onregelmatige resultatencurven. Dergelijke onregelmatigheden variëren naargelang het materiaal en de samenstelling. Ze beïnvloeden het resultaat echter niet negatief, aangezien de interne spanningen al weggewerkt zijn wanneer de hogere temperatuur bereikt wordt. De thermische uitzetting van de samples heeft niet veel invloed. Deze wordt belangrijker als brede samples in edgewise richting getest worden.
Als u kan uitsluiten dat de verschillen in de resultaten liggen aan de samplegeometrie of het materiaal, is de uitlijning van de HDT buigstempel ten opzichte van de steunen een vaak voorkomende oorzaak. Een incorrecte uitlijning van de belastingsstempel kan leiden tot grote verschillen in de resultaten onder invloed van dwarskrachten. Deze dwarskrachten treden niet op als de belastingslijn correct is uitgelijnd.
Het is belangrijk de samples zorgvuldig voor te bereiden, aangezien onregelmatigheden kunnen leiden tot foute resultaten. Samples met een braam aan de randen zorgen bijvoorbeeld voor verschillende resultaten. Dit is zeker het geval bij testmethoden met lage krachten en gewichten. Het sample rust mogelijk op de braam, waarbij het indrukken van de braam geregistreerd wordt als een meetverplaatsing tijdens de test.