根據 ASTM D648 和 ISO 75 標準測定的熱變形溫度
特別是熱塑性塑料，在較高溫度下會愈容易失去剛性和硬度。 熱變形溫度（HDT - heat deflection temperature 或 heat distortion temperature ）是指塑料在指定負載下，開始形變的溫度。 此數值用於材料測試，以評估材料的耐熱性。 HDT 的測量方法是，將特定試樣在恆定負載下進行三點彎曲測試，並逐步升高溫度，直到達到規定的變形量。
ASTM D648 和 ISO 75 標準說明測試程序，並規範測試設備和測試條件的要求，如負載、試樣幾何形狀和加熱速率，以獲得國際可比的結果。
另一種快速簡便的塑膠熱變形溫度測定法（還有些相對複雜的方法，如 DSC 示差掃描熱分析法或 DMA 動態力學分析法）是根據 ISO 306 或 ASTM D1525 標準測定維卡軟化溫度 VST。
熱變形溫度：標準總覽
ISO 75-1 說明的通用測試方法，用於測定材料在負載下的熱變形溫度。 在 ISO 75 發布的所有部分文件中，測試僅允許使用平放的試樣排列。
ISO 75-2 包含針對塑膠（包括填充塑膠和加工前纖維長度達 7.5 mm 的長纖維強化塑膠）和硬橡膠的具體要求。 根據測試開始時，不同的恆定彎曲應力值，規定了以下三種測試方法：
- 方法 A：彎曲應力 = 1.80 MPa
- 方法 B：彎曲應力 = 0.45 MPa
- 方法 C：彎曲應力 = 8.00 MPa
這些方法可以自由選擇，但建議對於更剛性的試樣，選擇較高的初始負載。 根據施加的彎曲應力不同，測試結果會明顯差異。 因此，在得出結果的同時，務必要指出應力狀況。 測量結果顯示，在方法 A（1.8 MPa）和方法 B（0.45 MPa）之間，聚丙烯試樣的 HDT 會從 57 °C 上升至 99 °C。
ISO 75-3 包含針對高耐熱固化層壓板和長纖維強化塑膠（加工前纖維長度超過 7.5 mm），進行熱變形溫度測定時的具體要求。 材料在室溫下所測得彎曲模量的一部分（1/1000），即可計算出彎曲應力。
ASTM D648 包含的標準測試方法，用於測定處於邊緣位置的塑膠試樣，在彎曲負載下的熱變形溫度。 以下兩種測試方法是按照支撐跨距（試樣和支撐之間接觸線的間隔距離）決定：
- 測試方法 A：101.6 ± 0.5 mm
- 測試方法 B：100.0 ± 0.5 mm
無論採用何種方法，都必須施加 0.455 MPa 或 1.82 MPa 的恆定彎曲應力。
試樣符合 ASTM D648 和 ISO 75 標準
在材料測試中，試樣通常會在規定條件下，透過注塑成型進行加工。 這可確保測試結果的高再現性。
也允許根據 ISO 75 和 ASTM D648 標準，從零件或板材進行機械製備，用於測試如汽車產業別的管道或零件。 在利用板材製備異向性試樣時，必須確保試樣分別沿縱向和橫向進行加工，以便能夠偵測到結果中與方向有關的差異。
下表列出了符合 ISO 75 和 ASTM D648 標準試樣的要求：
| 試片： | ISO 75-1和ISO 75-2 | ASTM D648 |
|---|---|---|
| 對中 | 平放位置 | 邊緣位置 |
| 注塑成型 | 長度：80 ± 2.0 mm 寬度：10 ± 0.2 mm 厚度：4 ± 0.2 mm | 最小長度：支撐跨距 +12.7 mm 寬度：3-13 mm 厚度：12.7 ± 0.5 mm |
| 從板材/零件 | 厚度：3-13 mm；首選 4-6 mm | 厚度：3 mm 或更厚 |
| 數量 | 最少兩個試樣* | 最少兩個試樣 |
*試樣成對排列，並使施加負載的相對兩側對齊至加載邊緣。
影片：根據 ISO 75 和 ASTM D648 測定的熱變形溫度
該影片展示的測試程序，是使用 Amsler Allround 熱變形溫度測試儀和我們的 testXpert 測試軟體，根據 ISO 75 和 ASTM D648 測定熱變形溫度，以及根據 ISO 306 和 ASTM D1525 測定維卡軟化溫度。
符合 ISO 75 和 ASTM D648 標準的測試程序和要求
對於熱變形溫度，是使用三點彎曲法測量剛性損失。測量時，試樣會以平放（ISO 75）或直立（ASTM D648）方式放置在支撐裝置上。 HDT 加載邊緣可借助定心工具進行固定。 這可確保加載邊緣和支撐裝置之間的平行性，並防止因未能對齊而導致的測量誤差。
所施加的重量必須依照標準進行計算。 在 ISO 75 和 ASTM D648 都做了類似處理，並由 testXpert 測試軟體承擔處理。 取決於所選的方法，在這考慮的最重要因素包括試樣的尺寸、支撐跨距和要施加的應力。
在達到所需的起始溫度（ISO 75 >27 °C，ASTM D648 環境溫度）後，將加載組件降入加熱槽（加熱油）中，在試樣上加載砝碼，等待 5 分鐘後開始測試。 等待 5 分鐘，以部分補償蠕變（有些材料在承受指定的彎曲應力時，會出現這種現象）。
然後記錄初始蠕變距離，將撓度計歸零，並根據 ISO 75 標準以 120 ± 10 °C/h 或 ASTM 標準以 2 ± 0.2 °C/min (≙ 120 ± 12 °C/h) 的均勻加熱速率升溫，直至達標準變形。
達到 0.25 mm (ASTM) 變形或 0.20% (ISO) 彎曲應變時的溫度，就是 HDT 測試結果。
下表包含 ISO 75（第 1 部分和第 2 部分）和 ASTM D648 中最重要參數的比較。
ASTM D648 與 ISO 75 的測試要求總覽
| ISO 75-1、ISO 75-2 | ASTM D648 | ||
|---|---|---|---|
| 測試治具 | 支撐半徑 | 3 ± 0.2 mm | 3 ± 0.2 mm |
| 支撐跨距 | 64 ± 1 mm | 測試方法 A：101.6 ± 0.5 mm 方法 B：100.0 ± 0.5 mm | |
| 彎曲應力 | 測試方法A：1.80 MPa 方法 B：0.45 MPa 方法 C： 8.00 MPa | 1.82 MPa 0.455 MPa | |
| 溫度 | 起始溫度 | < 27 °C | 環境溫度 |
| 升溫速率 | 120 ± 10 °C/h 12 ± 1 °C/6 min | 2 ± 0.2 °C/min 10 ± 1 °C/5 min ≙120 ± 12 °C/h | |
| 溫度計位置 | 距離 試樣中心不超過 12.5mm | 距離試樣不超過 10 mm ，且不接觸試樣 | |
| 結果 | 標準變形 | 0.20 % | 0.25 mm |
| 重複 | 若無定形塑膠或硬橡膠的個別結果偏差超過 2°C，或半結晶材料的個別結果偏差超過 5°C | – |
根據 ISO 75 和 ASTM D648 標準的熱變形溫度測試儀
ZwickRoell 的 Amsler Allround 6-300 熱變形溫度測試儀是一款具備全自動化測試序列的電動儀器，可根據所有 ASTM 和 ISO 標準測定高達 300 °C 的維卡溫度和熱變形溫度。 透過使用先進的位移測量和溫度控制技術，可獲得準確且可重複的結果。 容易使用、以安全為導向且毫不妥協的設計，可確保舒適性和安全性。 可配置 2、4 或 6 個測量站，配備自動化啟動冷卻流程、電動降低試樣和施加負載等功能。 熱變形溫度測試儀可透過觸控螢幕單機模式操作，也可與電腦連接操作。 使用 testXpert 測試軟體，可實現對測試結果的有意義分析。
有關塑膠熱變形溫度的常見問題
熱變形溫度（HDT - heat deflection temperature (HDT) 或 heat distortion temperature）是一種材料特性，說明塑料在指定負載下開始形變的溫度。 此特性主要用於測試熱塑性塑膠和熱固性塑膠，是衡量材料熱負載能力的重要指標。
ISO 75 說明的通用測試方法，用於測定塑膠的熱變形溫度，並規範測試設備和測試條件的要求，如負載、試樣幾何形狀和加熱速率，以獲得國際可比的結果。 熱變形溫度提供了塑膠在特定負載下開始變形的溫度資訊。
根據 ASTM D648 標準測定的熱變形溫度是一個材料參數，用於說明塑膠在定義的機械負載（1.82 MPa 或 0.455 MPa 的恆定彎曲應力）下，由於熱力影響（在油浴中以 2°C / min 的均勻加熱速率升溫），而開始產生塑性形變的溫度。 ASTM D648 規定測定 HDT 值的測試方法。 HDT 值是指變形達到 0.25 mm 時的溫度。
結果圖表通常顯示不規則的曲線，如圖所示。 這種現象完全正常，是因塑膠本身的材料行為所致。 熱力會釋放部分凍結的內部應力，導致試樣沿著或逆著測試方向移動。 隨著高殘餘應力的釋放，甚至可能記錄到短暫的負測量位移，造成結果出現不規則的曲線。 這種不規則性因材料及其組成而異。 然而，不規則性並不會對結果產生負面影響，因為這些內部應力在達到較高溫度時已經緩解。 試樣的熱膨脹並不具有太大的意義。 然而，當使用邊緣位置的寬試樣進行測試時，熱膨脹變得更為重要。
若可排除結果差異是因試樣的幾何形狀或材料所造成，則問題通常出在 HDT 加載邊緣，是否正確對齊支撐裝置。 加載邊緣若未正確對齊，會產生橫向力，因而造成結果出現很大差異。 加載邊緣若正確對齊，則不會產生這些橫向力。
一定要使用精心製備的試樣，因為不規則性可能會導致錯誤的結果。 例如，邊緣有毛邊的試樣，會產生不同的結果。 對於僅使用較小負載和荷重的測試方法尤其如此。 這時在測試期間，可能會發生試樣停留在毛邊上的情況，而克服這一不規則性會被記錄為測量位移。