Toplotna deformacijska temperatura v skladu z ASTM D648 in ISO 75
Predvsem termoplasti pri višjih temperaturah vedno bolj izgubljajo togost in trdoto. Toplotna (heat) deformacijska temperatura (HDT), pri kateri se začne plastični material deformirati pod vnaprej določeno obremenitvijo. Ta vrednost se uporablja pri preskušanju materialov za oceno toplotne odpornosti materiala. HDT se meri tako, da se definirani vzorec izpostavi naraščajoči temperaturi pod konstantno obremenitvijo v 3-točkovnem procesu upogibanja, dokler ni dosežena določena deformacija.
Standarda ASTM D648 in ISO 75 opisujeta preskusni postopek in urejata zahteve za preskusno opremo in preskusne pogoje, kot so obremenitev, geometrija vzorca in stopnja segrevanja, da bi dosegli mednarodno primerljive rezultate.
Druga hitra in enostavna metoda za določanje toplotne deformacija temperature plastike (poleg razmeroma zapletenih metod, kot sta DSC diferencialna skenirajoča kalorimetrija ali DMA dinamična mehanska analiza) je Vicatova temperatura mehčanja VST v skladu z ISO 306 ali ASTM D1525.
Cilj in aplikacije Pregled standardov Vzorci Videoposnetek Zaporedje preskusov Preskusni pogoji ISO v primerjavi z ASTMMerilnik toplotne deformacijePrenosi Zahtevajte posvet Pogosta vprašanja
Za kaj se uporablja HDT in zakaj je pomemben?
Toplotna deformacijska temperatura je zgolj primerjalna vrednost, ki se lahko uporablja za različne namene. Pri zagotavljanju kakovosti pomaga prepoznati odstopanja v kakovosti materiala med proizvodnjo. Kot relativna primerjalna vrednost je bistvenega pomena za izbiro plastike za aplikacije s toplotnimi obremenitvami, na primer v avtomobilski, električni ali gradbeni industriji. Razvijalcem in inženirjem zagotavlja informacije o tem, ali lahko material prenese zahteve končne aplikacije, ne da bi pri tem izgubil svojo dimenzijsko stabilnost. Visoka vrednost HDT pomeni, da material ostane zanesljiv tudi pri visokih temperaturah in obremenitvah. Vendar pa rezultati ne dajejo informacij o najvišjih delovnih temperaturah končnega izdelka!
Toplotna deformacijska temperatura - pregled standardov
ISO 75-1 opisuje splošno preskusno metodo za določanje toplotne deformacijske temperature pod obremenitvijo. V vseh delih standarda ISO 75 so za preskušanje dovoljene le ploščate razporeditve vzorcev.
ISO 75-2 vsebuje posebne zahteve za plastiko (vključno s plastiko s polnilom in plastiko, ojačano z dolgimi vlakni, kjer je dolžina vlaken pred predelavo do 7,5 mm) in za ebonit. Tri preskusne metode so določene z različnimi vrednostmi konstantne upogibne napetosti na začetku preskusa:
- Metoda A: upogibna napetost = 1,80 MPa
- Metoda B: upogibna napetost = 0,45 MPa
- Metoda C: upogibna napetost = 8,00 MPa
Metode lahko poljubno izbiramo, vendar je priporočljivo izbrati večjo začetno obremenitev, čim trši so vzorci. Na podlagi uporabljene upogibne napetosti so rezultati bistveno drugačni. Zato je pomembno, da skupaj z rezultati navedete stanje napetosti. Meritve so pokazale, da se HDT polipropilenskega vzorca poveča s 57 °C na 99 °C med metodo A (1,8 MPa) in metodo B (0,45 MPa).
ISO 75-3 vsebuje posebne zahteve za določanje toplotne deformacijske temperature za visoko odporne strdljive laminate in plastiko, ojačano z dolgimi vlakni (kjer je dolžina vlaken pred obdelavo večja od 7,5 mm). Upogibna napetost se izračuna z uporabo ulomka (1/1000) upogibnega modula materiala pri preskušanju pri sobni temperaturi.
ASTM D648 vsebuje standardno preskusno metodo za toplotno deformacijsko temperaturo plastike pod upogibno obremenitvijo v robnem položaju vzorca. Dve preskusni metodi sta določeni na podlagi razpona nosilca (ločevanje stičnih linij med vzorcem in nosilci):
- Metoda A: 101,6 ± 0,5 mm
- Metoda B: 100,0 ± 0,5 mm
Ne glede na metodo je treba uporabiti konstantno upogibno napetost 0,455 MPa ali 1,82 MPa.
Vzorci po ASTM D648 in ISO 75
Za preskus materiala se vzorci običajno obdelujejo z brizganjem pod določenimi pogoji. To zagotavlja visoko obnovljivost rezultatov.
Mehanska priprava komponent ali plošč, na primer za preskušanje cevi ali komponent v avtomobilskem sektorju, je prav tako dovoljena v skladu z ISO 75 in ASTM D648. Pri pripravi anizotropnih vzorcev iz plošč je pomembno zagotoviti, da so vzorci strojno obdelani v vzdolžni in prečni smeri, da bi lahko zaznali razlike v rezultatih, odvisne od smeri.
Zahteve za vzorce v skladu z ISO 75 in ASTM D648 so navedene v naslednji tabeli:
| Vzorci: | ISO 75-1 in ISO 75-2 | ASTM D648 |
|---|---|---|
| Poravnava | Ravni položaj | Položaj na robu |
| Brizgano | Dolžina: 80 ± 2,0 mm Širina: 10 ± 0.2 mm Debelina: 4 ± 0,2 mm | Min. dolžina: nosilni razpon +12,7 mm Širina: 3- 13 mm Debelina: 12,7 ± 0,5 mm |
| Iz plošč/komponent | Debelina: 3-13 mm; prednostno 4-6 mm | Debelina: 3 mm ali debelejše |
| Količina | Vsaj dva vzorca* | Vsaj dva vzorca |
*Vzorci so poravnani v parih z nasprotnimi stranicami (na katere deluje obremenitev) do obremenitvenega roba.
Videoposnetek: Toplotna deformacijska temperatura v skladu z ISO 75 in ASTM D648
Videoposnetek prikazuje preskusni postopek za določanje toplotne deformacijske temperature v skladu z ISO 75 in ASTM D648 ter temperaturo mehčanja Vicat v skladu z ISO 306 in ASTM D1525 z uporabo merilnika toplotne upogibnosti Amsler Allround in naše programske opreme za preskušanje testXpert.
Preskusni postopek in zahteve v skladu z ISO 75 in ASTM D648
Za toplotna deformacijsko temperaturo se izguba togosti meri s tritočkovno upogibno metodo. V ta namen se vzorec namesti na nosilce v ravnem (ISO 75) ali pokončnem (ASTM D648) položaju. Obremenitveni rob HDT je mogoče namestiti s pomočjo centrirnega orodja. To zagotavlja vzporednost med obremenitvenim robom in nosilci ter preprečuje napake zaradi napačne poravnave.
Maso, ki jo je treba uporabiti, je treba izračunati v skladu s standardi. To se izvaja analogno v standardih ISO 75 in ASTM D648, predpostavlja pa ga programska oprema za preskušanje testXpert. Najpomembnejši vidiki pri tem so dimenzije vzorcev, razpon podpore in napetost, ki jo je treba uporabiti - odvisno od izbrane metode.
Ko je dosežena zahtevana začetna temperatura (ISO 75 >27 °C, temperatura okolja ASTM D648), se nakladalni sklop spusti v grelno kopel (olje), vzorci se obremenijo z utežmi in preskus se začne s 5-minutnim čakalnim časom. Čakalni čas 5 minut je predviden za delno kompenzacijo lezenja (ki ga nekateri materiali kažejo, ko so izpostavljeni določeni upogibni obremenitvi).
Začetna razdalja lezenja se nato zabeleži, merilnik upogiba se nastavi na ničlo in temperatura se zvišuje z enakomerno hitrostjo segrevanja 120 ± 10 °C/h v skladu z ISO 75 ali 2 ± 0,2 °C/min (≙ 120 ± 12 °C/h) v skladu z ASTM, dokler ni dosežena standardna deformacija.
Rezultat preskusa HDT je temperatura, pri kateri je dosežen upogib 0,25 mm (ASTM) ali upogibna deformacija 0,20 % (ISO).
Naslednja tabela vsebuje primerjavo najpomembnejših parametrov iz ISO 75 (1. in 2. del) in ASTM D648.
Pregled preskusnih zahtev za ASTM D648 v primerjavi z ISO 75
| ISO 75-1, ISO 75-2 | ASTM D648 | ||
|---|---|---|---|
| Preskusna oprema | Polmer podpore | 3 ± 0,2 mm | 3 ± 0,2 mm |
| Razpon podpore | 64 ± 1 mm | Metoda A: 101,6 ± 0,5 mm Metoda B: 100,0 ± 0,5 mm | |
| Upogibna napetost | Metoda A: 1,80 MPa Metoda B: 0,45 MPa Metoda C: 8,00 MPa | 1,82 MPa 0,455 MPa | |
| Temperatura | Začetna temperatura | < 27 °C | Sobna temperatura |
| Hitrost zvišanja temperature | 120 ± 10 °C/h 12 ± 1 °C/6 min | 2 ± 0,2 °C/min 10 ± 1 °C/5 min ≙120 ± 12 °C/h | |
| Položaj termometra | Ne dlje kot 12,5 mm od sredine vzorca | Ne dlje kot 10 mm od vzorca, ne da bi se ga dotaknili | |
| Rezultat | Standardni odklon | 0,20 % | 0,25 mm |
| Ponovite | če posamezni rezultati odstopajo za več kot 2 °C za amorfno plastiko ali ebonit ali za več kot 5 °C za polkristalne materiale | – |
Merilnik toplotne deformacije v skladu z ISO 75 in ASTM D648
Z merilnikom toplotne deformacije Amsler Allround 6-300 ZwickRoell ponuja motoriziran instrument s popolnoma avtomatiziranim preskusnim zaporedjem za določanje Vicatove in toplotne deformacijske temperature do 300 °C v skladu z vsemi standardi ASTM in ISO. Natančni in ponovljivi rezultati so doseženi z uporabo napredne tehnologije merjenja premika in nadzora temperature. Uporabniku prijazen, varnostno usmerjen in brezkompromisen dizajn zagotavlja udobje in varnost. Zagotoviti je mogoče 2, 4 ali 6 preskusnih postaj z avtomatskim zagonom procesa hlajenja, motoriziranim spuščanjem vzorca in uporabo obremenitve. Merilnik toplotne deformacije lahko upravljate samostojno z zaslonom na dotik ali v povezavi z osebnim računalnikom. S programsko opremo za preskušanje testXpert je mogoče izvesti smiselno analizo rezultatov.
Več o merilniku toplotne deformacije Več o preskusni programski opremi testXpert
Pogosta vprašanja o toplotni deformacijski temperaturi plastike
Toplotna deformacija temperature (HDT), imenovana tudi temperatura toplotne deformacije, je lastnost materiala, ki opisuje temperaturo, pri kateri se plastični material začne plastično deformirati, ko je izpostavljen vnaprej določeni obremenitvi. Ta lastnost je preizkušena predvsem za termoplaste in duroplaste in je pomemben pokazatelj toplotne obremenitve materiala.
ISO 75 opisuje splošno preskusno metodo za določanje toplotne deformacijske temperature plastike in ureja zahteve za preskusno opremo in preskusne pogoje, kot so obremenitev, geometrija vzorca in hitrost segrevanja, da se dosežejo mednarodno primerljivi rezultati. Temperatura toplotne deformacije zagotavlja informacijo o temperaturi, pri kateri se začne plastika deformirati pod določeno obremenitvijo.
Toplotna deformacijska temperatura po ASTM D648 je materialni parameter, ki opisuje temperaturo, pri kateri se plastika začne plastično deformirati pod določeno mehansko obremenitvijo (konstantna upogibna napetost 1,82 MPa ali 0,455 MPa) zaradi toplotnega vpliva (povečanje temperature pri enakomerni hitrosti segrevanja 2°C/min v oljni kopeli). ASTM D648 določa preskusno metodo za določanje vrednosti HDT. Vrednost HDT je temperatura pri odklonu 0,25 mm.
Diagrami rezultatov pogosto prikazujejo nepravilne krivulje, kot je razvidno iz slike. Ta pojav je povsem normalen in je posledica obnašanja same plastike. Toplota sprošča delno zamrznjene notranje napetosti, ki lahko povzročijo premikanje vzorca v ali proti smeri preskusa. Pri sproščanju visokih preostalih napetosti se lahko celo zabeleži kratek negativni merilni premik, kar povzroči nepravilne krivulje v rezultatu. Takšne nepravilnosti se razlikujejo glede na material in njegovo sestavo. Vendar pa ne vplivajo negativno na rezultat, saj se te notranje napetosti sprostijo že, ko so dosežene višje temperature. Toplotna ekspanzija vzorcev nima velikega pomena. Vendar pa postane pomembnejše, če se uporabljajo široki vzorci v robnem položaju.
Če lahko izključite, da so razlike v rezultatih posledica geometrije ali materiala vzorca, je pogosta težava pravilna poravnava obremenitvenega roba HDT s podporami. Nepravilna poravnava obremenitvenega roba lahko povzroči velike razlike v rezultatih zaradi prečnih sil. Te prečne sile ne nastanejo, če je obremenitveni rob pravilno poravnan.
Pomembno je, da uporabite skrbno pripravljene vzorce, saj lahko nepravilnosti povzročijo napačne rezultate. Na primer, vzorci, ki imajo robove na robovih, dajejo različne rezultate. To še posebej velja za preskusne metode, ki uporabljajo samo majhne sile in uteži. Pri tem se lahko zgodi, da se vzorec nasloni na rob in se premagovanje te nepravilnosti zabeleži kot izmerjeni pomik med preskusom.