热变形温度测定影响因素的探讨

2023-01-20

1、测定意义

热变形温度是表达被测物的受热与变形之间关系的参数, 对高分子材料或聚合物施加一定的负荷, 以一定的速度升温, 当达到规定形变时所对应的温度。热变形温度对材料的使用范围有很大的影响, 特别是对高分子材料, 是衡量聚合物或高分子材料耐热性优劣的一种量度, 因此其测定对于材料的应用具有一定的指导作用。

2、测试原理

标准试样以平放方式承受三点弯曲使其产生一种弯曲应力, 在匀速升温下, 测量达到与规定的弯曲应变增量相对应的标准挠度时的温度。[1]

由于测试材料为塑料, 故弯曲应力采用方法B 0.45MPa, 升温速率为120℃/h±10℃/h。[2]

3、试样制备及测试设备

4、测试试样

采用一般抗冲共聚物、抗冲共聚物、均聚物作为测试材料, 制备如下尺寸:[2]

长度, l:80mm±2.0mm

宽度, b:10mm±0.2mm

厚度, h:4mm±0.2mm

试样状态调节:在温度为23±2℃, 湿度为50±10%的条件下调节40—96h。[3]

5、测定影响因素的探讨

5.1、不同开始温度的影响

以一般抗冲共聚物聚丙烯为测试试样, 分别以27℃、35℃、45℃为实验开始温度测量数据表如下: (表1)

不同开始温度对测试结果的影响分布图如下:

结论:通过以上数据可以得到, 对于般抗冲共聚物聚丙烯开始温度不同测量的数据会有很大的差异, 因此选择合适的开始温度对测试数据准确性非常重要。

5.2、弯曲形变量的影响

由于在制备试样时, 使用的注塑条件、注塑模具的差异, 致使试样的尺寸虽然都满足标准的要求, 但是存在尺寸上的微小差别也使设定弯曲变形量存在一定的区别。以下对两种注塑机制备出来的样条做测试数据如下: (表2)

测试数据如下: (表3)

弯曲形变量对测试结果的影响分布图如下:

结论:以上实验数据可以得出, 使用不同的制样设备和注塑模具都能制备出满足标准中规定尺寸的试样, 但是由于试样厚度和宽度存在的差别从而也需要设定不同的弯曲形变量, 否则对于不同的样条使用相同的弯曲形变量会使测试结果产生很大的误差。

5.3、负荷的影响

在热变形温度测试中弯曲应力是对测试结果最重要的影响因素之一, 然而所加负荷直接决定了弯曲应力的大小。不同制样设备制备出的试样尺寸虽然都满足标准的规定, 但是由于注塑机和注塑模具的差异使得试样尺寸存在细微的差别, 这种差别决定着在选用负荷时也要做相应的改变, 这一点往往被测试用户忽略。下面以一般抗冲共聚物、抗冲共聚物、均聚物聚丙烯作为测试材料, 分别以76g (理想试样尺寸加载负荷值) 、81g (由DEMAG注塑机制备样条实际测得的样条尺寸加载负荷值) 作为实验条件进行测试, 现测试数据如下表: (表4)

负荷对测试结果的影响分布图如下:

结论:通过以上测试数据可以看出施加不同的负荷测得的实验数据会有一定差异, 选择76g和81g针对三种材料将会产生1.84℃、2.05℃、3.72℃的误差, 而且会随着材料的结晶度越高误差将会越大。因此应针对不同的制备条件、不同的试样选择不同的负荷, 这样才能达到规定的弯曲应力, 才能有效避免这方面的测试误差。

5.4、温度计位置的影响

由于热变形温度结果为一个温度值, 因此温度计距试样表面的距离将会对测试结果产生很大的影响, 该影响因素分别以三种不同的材料分别将温度计调到距试样上表面2mm、10mm进行测试, 实验结果数据如下: (表5)

温度计位置对测试结果的影响分布图如下:

结论:有些测试部门为了操作方便以及避免在放置与取出试样过程中温度计和试样干扰将温度计温度计位置调高, 通过以上数据可以得出, 温度计的放置位置对实验的测试数据引起一定的偏差, 10mm和2mm会引起大约2.5℃的偏差;同时也可以从一定程度上反映出不同高度硅油加热浴温度的分布, 因此严格按照标准规定采用2±0.5mm (温度计距离试样上表面) 的距离对于减少测试误差、测试结果的准确性起到非常重要的作用。

6、测定影响因素的总结

本实验主要采用三种类型的材料, 分别以不同开始温度、弯曲形变量、负荷、温度计位置等四方面作为测试影响变量, 得出多组测试数据以及一系列分布图。通过这些测试数据和分布图可以得到不同开始温度、弯曲形变量、负荷、温度计位置等测试条件设定不同将会给测试结果带来一定的误差, 是热变形温度测定的关键影响因素, 其中温度计位置、弯曲形变量对其影响更明显一些。因此要针对不同的材料、不同的试样制备条件、不同的试样尺寸按照标准进行相应的设定, 这样才能更有效的减少测试误差。该研究探讨对测试数据出现异常, 测试双方针对同样的材料在测试产生争议时, 可以提供一些解决争议思考的角度, 同时对于不同聚合物材料在耐热性方面的应用也具有一定的指导作用。

摘要：对于热变形温度的测定, 不同开始温度、试样弯曲形变量、施加负荷、温度计位置等都会对其测定结果产生很大的影响。

关键词：热变形温度,不同开始温度,弯曲形变量,负荷,温度计位置