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符合ASTM D648和ISO 75标准的热变形温度

特别是热塑性塑料,在较高温度下会逐渐失去其刚度和硬度。变形温度(HDT)也称为畸变温度,用于描述塑料材料在预定载荷下开始变形的温度。在材料测试中使用此值,以评估材料的耐热性。HDT测量方法为:在3点弯曲过程中,使规定试样在恒定载荷下经受不断升高的温度,直至达到规定挠度为止。

ASTM D648ISO 75标准描述了试验程序,并规定了试验设备和试验条件(如载荷、试样几何形状和升温速率)的要求,从而获得具有国际可比性的结果。

用于测定塑料热变形温度的另一种简单快速的方法(除了DSC差示扫描量热法或DMA动态热机械分析等相对复杂的方法外)是:符合ISO 306或ASTM D1525标准的维卡软化温度VST

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HDT有哪些用途?为什么它非常重要?

热变形温度作为一个纯比较值时,用途非常广泛:在质量保证方面,有助于识别生产过程中出现的材料质量偏差。作为一个相对比较值时,对于为诸如汽车、电力或建筑行业等具有热载荷的应用选择适用塑料至关重要。它为开发人员和工程师提供了材料是否能够在不失去尺寸稳定性的情况下满足最终应用要求的相关信息。HDT值高表示即使在高温和高载荷下材料也能保持可靠性。但是,这些结果并未提供最终产品的最高工作温度相关信息!

热变形温度 - 标准概述

ISO 75-1标准描述了用于在载荷作用下测定热变形温度的通用试验方法。在ISO 75标准的所有部分中,只允许对平放试样排列测试。

ISO 75-2标准包含针对塑料(包括填充塑料和长纤维增强塑料,其中纤维长度在加工前可长达7.5 mm)和硬橡胶具体要求。根据试验开始时不同的恒定弯曲应力值指定了三种试验方法:

  • 方法A:弯曲应力 = 1.80 MPa
  • 方法B:弯曲应力 = 0.45 MPa
  • 方法C:弯曲应力 = 8.00 MPa

上述方法可以自由选择,但是建议选择初始载荷较高、试样较坚硬的方法。根据施加的弯曲应力不同,结果存在显著差异。因此,重点是要在结果中注明应力条件。测量结果已表明,分别使用方法A (1.8 MPa)和方法B (0.45 MPa)时,聚丙烯试样的HDT从57 °C增加到99 °C。

ISO 75-3标准包含测定高耐固化层压板和长纤维增强塑料(加工前纤维长度超过7.5 mm)热变形温度的具体要求。在室温下测试时,会使用材料弯曲模量的一小部分(1/1000)计算弯曲应力。

ASTM D648标准包含在处于弯曲载荷下试样侧立位置时塑料热变形温度的标准试验方法。根据支承跨距(试样与支架之间的接触线间距)确定了两种试验方法:

  • 方法A: 101.6 ± 0.5 mm
  • 方法B: 100.0 ± 0.5 mm

无论采用何种方法,都必须施加0.455 MPa或1.82 MPa的恒定弯曲应力。

符合ASTM D648和ISO 75标准的试样

对于材料试验,通常在指定条件下通过注塑成型加工试样。这样可保证结果的高度可再现性。

根据ISO 75ASTM D648标准,也允许从部件或板材进行机械制备,例如用于测试汽车行业的管材或部件。从板材制备各向异性试样时,重点是要确保在纵向和横向两个方向上均对试样进行加工,这样才能检测到结果中与方向相关的差异。

下表列出了符合ISO 75和ASTM D648标准的试样要求:

试样:ISO 75-1和ISO 75-2ASTM D648
对中平放位置侧立位置
注塑成型长度:80 ± 2.0 mm
宽度:10 ± 0.2 mm
厚度:4 ± 0.2 mm
最小长度:支承跨距+12.7 mm
宽度:3-13 mm
厚度:12.7 ± 0.5 mm
来自板材/部件厚度:3-13 mm;最佳值为4-6 mm厚度:3 mm或更厚
数量至少两个试样*至少两个试样

*试样的相对侧(施加载荷的一侧)与载荷边缘成对对中。

视频:符合ISO 75和ASTM D648标准的热变形温度

该视频显示了使用Amsler Allround热变形试验机和我们的testXpert测试软件,根据ISO 75和ASTM D648标准测定热变形温度以及根据ISO 306和ASTM D1525标准测定维卡软化温度的试验程序。

符合ISO 75和ASTM D648标准的试验程序与要求

对于热变形温度,使用三点弯曲方法测量刚度损失。为此,将试样平放(ISO 75)或直立(ASTM D648)放置在支架上。可以借助对中工具安装HDT载荷边缘。这可确保载荷边缘与支架之间的平行度,并防止因对中不当而导致出错。

必须根据相应标准计算要施加的砝码。计算方法与ISO 75和ASTM D648标准中的计算方法类似,并由testXpert测试软件完成。这里最重要的考虑因素是试样的尺寸支承跨距和要施加的应力(具体取决于所选方法)。

达到所需的起始温度(ISO 75 >27 °C,ASTM D648环境温度)后,将载荷组件降低到加热浴槽(油)中,用砝码对试样施加载荷,并在5分钟等待时间后开始试验。提供5分钟等待时间,是为了部分补偿蠕变(一些材料在受到特定弯曲应力时会表现出蠕变)。

然后记录初始蠕变距离,将挠度计归零,根据ISO 75标准以120 ± 10 °C/h或根据ASTM标准以2 ± 0.2 °C/min (≙ 120 ± 12 °C/h)均匀速率升温,直至达到标准挠度。

HDT试验的结果是达到0.25 mm挠度(ASTM)或0.20%弯曲应变(ISO)时的温度。

下表对ISO 75标准(第1部分和第2部分)和ASTM D648标准中最重要的参数进行了比较。

ASTM D648与ISO 75标准的试验要求概述

ISO 75-1、ISO 75-2ASTM D648
试验工装支承半径3 ± 0.2 mm3 ± 0.2 mm
支承跨距64 ± 1 mm方法A:101.6 ± 0.5 mm
方法B:100.0 ± 0.5 mm
弯曲应力方法A:1.80 MPa
方法B:0.45 MPa
方法C: 8.00 MPa
1.82 MPa
0.455 MPa
温度起始温度< 27 °C环境温度
升温速率120 ± 10 °C/h
12 ± 1 °C/6 min
2 ± 0.2 °C/min
10 ± 1 °C/5 min
≙120 ± 12 °C/h
温度计位置距离试样中心
不超过12.5 mm
距离试样不超过10 mm,
不接触试样
结果标准挠度0.20百分之0.25 mm
重复如果无定形塑料或硬橡胶的单个结果偏差超过2 °C,或者半晶态材料的单个结果偏差超过5 °C

符合ISO 75和ASTM D648标准的热变形试验机

ZwickRoell利用Amsler Allround 6-300热变形试验机,提供了一种具有全自动测试序列的电动仪器,可用于根据所有ASTM和ISO标准测定维卡和热变形温度,最高可达300 °C。通过使用先进的位移测量和温度控制技术,可以获得准确和可重复的结果。用户友好、以安全为导向和绝不妥协的设计理念确保了使用的舒适性和安全性。可以提供2个、4个或6个测试工位,可以自动启动冷却过程,电动降低试样位置以及施加载荷。热变形试验机可通过触摸屏单机操作,也可与电脑联机操作。使用testXpert测试软件,可以对结果进行有意义的分析。

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  • 行业手册: 塑料和橡胶 PDF 9 MB
  • 产品信息:Amsler Allround 6-300热变形试验机 PDF 3 MB

关于塑料热变形温度的常见问题

热变形温度(HDT)也称为热畸变温度,是一种材料属性,用于描述塑料材料在受到预定载荷作用下开始发生塑性变形的温度。主要针对热塑性塑料和热固性塑料测试此属性,这种属性也是表示材料热载荷能力的重要指标。

ISO 75标准描述了用于测定塑料热变形温度的通用试验方法,并规定了试验设备和试验条件(如载荷、试样几何形状和升温速率)的要求,从而获得具有国际可比性的结果。热变形温度提供了塑料在规定载荷下开始变形的温度信息。

符合ASTM D648标准的热变形温度是一个材料参数,描述了塑料在规定的机械载荷(1.82 MPa或0.455 MPa的恒定弯曲应力)下,由于热影响(在油浴槽中温度以均匀速率2°C/min升温)而开始发生塑性变形的温度。ASTM D648标准规定了测定HDT值的试验方法。HDT值是挠度为0.25 mm时的温度。

结果图通常会显示不规则曲线,如图所示。这种现象完全正常,是由于塑料本身的性能造成的。因加热而释放出部分冻结的内部应力,这会导致试样沿测试方向或逆测试方向移动。随着高残余应力的释放,甚至还可能记录到短暂的负测量位移,从而导致在结果中出现不规则曲线。这种不规则性因材料及其成分而有所不同。但不会对结果产生负面影响,因为当达到更高温度时,这些内部应力便会降低。试样的热膨胀没有多大意义。然而,当使用处于侧立位置的宽试样时,这种情况确实变得更加重要。

如果可以排除结果差异是由试样几何形状或材料引起的,那么一个常见的问题是HDT载荷边缘与支架的正确对中。如果载荷边缘未正确对中,可能会由于出现横向力导致结果出现很大差异。如果载荷边缘正确对中,则不会出现这些横向力。

使用精心准备的试样很重要,因为不规则性可能会导致结果不正确。例如,边缘有毛刺的试样会产生不同结果。对于只使用小试验力和砝码的试验方法来说尤其如此。因为在试验过程中试样可能会停留在毛刺处,克服这种不规则性的操作会被记录为测量位移。

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