項目9測試塑料的耐熱性能

任務9-1：熟悉熱變形測試儀的結構及操作1.任務告知：擬實現的知識目標：熱變形的結構與工作原理；熱變形的操作規(guī)程。

擬實現的能力目標會操作熱變形儀；能診斷簡單故障并給予和修復。

2.任務的引入熱變形儀結構有何特點？它的工作原理是怎樣的？在操作熱變形儀時要注意什么？熱變形儀常見的故障有哪些？如何排除？3.任務的實施熟悉熱變形測試儀的結構及操作

指導老師講解、示范；學生分組操作4.歸納總結各組匯報操作心得指導老師對各組的工作進行評價項目9測試塑料的耐熱性能

任務9-2：測試塑料板材的熱變形溫度

1.任務告知：擬實現的知識目標：塑料材料的熱性能知識；熱變形溫度測試標準方法。擬實現的能力目標能測試塑料的熱變形溫度；判斷測試結果正誤；能給出測試報告。

2.任務的引入在塑料熱變形溫度測試時,如何根據試樣尺寸，計算應加砝碼質量?如何測試測試塑料的熱變形溫度?如何對測試數據進行處理？影響熱變形溫度測試結果因素有哪些？3.任務的實施測試塑料板材的熱變形溫度指導老師講解、示范各組塑料熱變形溫度測試4.歸納總結結各組匯報報塑料板材材的熱變變形溫度度測試情況況指導老師師對各組組的測試試進行評評價指導老師師講解塑料板材材的熱變變形溫度度項目9測試塑料料的耐熱熱性能任務9-3：測試塑料料的維卡卡軟化溫溫度1.任務告知知：擬實現的的知識目標標：維卡軟化化溫度測測試原理理維卡軟化化溫度測測試標準準方法。。擬實現的的能力目目標能測試塑塑料的維維卡軟化化溫度；；判斷測試試結果正正誤；能給出測測試報告告。2.任務的引引入什么維卡卡軟化溫溫度？它它的測試試原理是是怎樣的的?如何測試試測試塑料料的維卡軟化化溫度?如何對測測試數據據進行處處理？影響維卡卡軟化溫溫度測試試結果因因素有哪哪些？升升溫速度度過快或或過慢對對試樣結結果有何何影響？？為什么么？維卡軟化化溫度測測試與熱熱變形溫溫度測試試有何不不同？3.任務的實施測試塑料料的維卡軟化化溫度指導老師師講解、、示范各組塑料維卡卡軟化溫溫度測試4.歸納總結結各組匯報報維卡軟化化溫度測試情況況指導老師師對各組組的測試試進行評評價指導老師師講解塑料維卡軟化化溫度耐熱性能能塑料的耐耐熱性能能是指其其與熱或或溫度有有關的性性能的總總稱。1．熱穩(wěn)定定性：尺尺寸穩(wěn)定定性、負負荷下的的熱變形形溫度、、收縮率率、熱膨膨脹等。。2．熱物理理性：玻玻璃化溫溫度、熔熔點或軟軟化溫度度、導熱熱系數、、比熱容容等。3．流動性性：熔體體流動速速率、凝凝膠點等等。4．耐寒性性：失強強溫度、、低溫脆脆化溫度度、低溫溫伸長保保留率、、低溫剛剛性溫度度等。塑料的某某些性能能在很大大程度上上與溫度度相關，，而且這這些相關關性在聚聚合物發(fā)發(fā)生聚集集態(tài)轉變變（玻璃璃化轉變變等）時時表現得得尤為突突出。塑料熱性性能與成成型工藝藝、產品品使用有有直接的的聯系。。熱性能試試驗就是是要通過過各種試試驗方法法對塑料料的熱性性能進行行評價，，為生產產、設計計、科研研提供必必要的依依據。熱穩(wěn)定性性①抵抗熱熱致形變變、軟化化、強度度下降、、尺寸變變化的能能力；②抵抗熱熱老化、、熱降解解等熱致致化學作作用的能能力。用于評價價塑料的的耐熱性性的標準準試驗方方法常用用的是測測量試樣樣在各種種應力狀狀態(tài)，特特別是彎彎曲和壓壓入負荷荷下的溫溫度效應應。試驗終點點以一適適宜的應應力狀態(tài)態(tài)下并提提高溫度度至試樣樣形變達達到某規(guī)規(guī)定值時時的溫度度來表示示。熱變形溫溫度試驗驗，維卡卡軟化點點試驗，，馬丁耐耐熱試驗驗等。各種耐熱熱性試驗驗都是在在特定條條件下進進行的，，與實際際使用環(huán)環(huán)境并不不一致，，因而，，試驗結結果不代代表塑料料的最高高使用溫溫度。尺寸穩(wěn)定定性(一)測試原理理尺寸穩(wěn)定定性通通常用用尺寸變變化率或或收縮率率表示。。將規(guī)定尺寸寸的試樣在在規(guī)定的溫溫度、以規(guī)規(guī)定的方式式放置在規(guī)規(guī)定的支撐撐上、經過過規(guī)定的時時間，然后后將試樣冷冷至室溫，，以試樣縱縱向和橫向向尺寸變化化的百分率率。（二）測試試裝置恒溫烘箱最最高溫度度200℃或以上，控控溫精度±2℃。卡尺精精度0.01mm。試樣支撐物物鋼板板、銅板、、石棉板、、牛皮紙等等。(三)操操作步驟①按產品標標準規(guī)定，，將試樣劃劃好標線(通常劃三條條)，放在空調調房間進行行狀態(tài)調節(jié)節(jié)。②測量試樣樣標線間的的距離（測測量三點）），精確至至0.01mm。③將烘箱升升溫至所需需溫度，并并恒定15min。④將試樣放放在規(guī)定的的支撐物上上，迅速關關上烘箱門門，開始計計時，到達達所需時間間后，取出出試樣，放放在空調房房間冷至室室溫，精確確測量試樣樣尺寸。有些產品標標準規(guī)定，，以到達所所需溫度后后，才開始始計時。(四)結果表示試驗結果按按下列公式式計算：每個試樣以以最大變化化值計算結結果，通常常取三個試試樣(薄膜膜取取5個試試樣樣)的算算術術平平均均值值作作為為結結果果。。負值值表表示示收收縮縮，，用用絕絕對對值值表表示示。。(五)影響響因因素素(1)試樣樣的的邊邊緣緣對對試試驗驗結結果果影影響響。。(2)支撐撐物物對對測測試試結結果果的的影影響響。。(3)試樣樣的的測測量量精精度度的的影影響響。。(4)試驗驗溫溫度度對對測測試試結結果果影影響響。。(5)加熱熱時時間間的的影影響響。。產品品標標準準中中，，對對加加熱熱時時間間都都有有嚴嚴格格的的規(guī)規(guī)定定，，通通常常從從關關烘烘箱箱門門開開始始計計時時。。如果果墊墊板板(支撐撐物物)熱容容大大，，必必須須先先對對墊墊板板進進行行預預熱熱，，以以減減少少溫溫度度波波動動，，減減少少到到達達所所需需溫溫度度的的時時間間。。二、、負負荷荷下下熱熱變變形形溫溫度度測測定定(一)測定定原原理理熱變變形形溫溫度度試試驗驗是是測測定定塑塑料料試試樣樣浸浸在在一一種種等等速速升升溫溫的的液液體體傳傳熱熱介介質質中中，，在在簡簡支支梁梁式式的的靜靜彎彎曲曲負負載載作作用用下下，，試試樣樣彎彎曲曲變變形形達達到到規(guī)規(guī)定定值值的的溫溫度度。。處于于玻玻璃璃態(tài)態(tài)或或結結晶晶狀狀態(tài)態(tài)的的高高聚聚物物，，隨隨著著溫溫度度的的提提高高，，原原子子和和分分子子運運動動能能量量提提高高，，在在外外力力作作用用下下因因其其定定向向運運動動而而導導致致形形變變的的能能力力增增加加，，也也即即材材料料抵抵抗抗外外力力的的能能力力—模量量隨隨溫溫度度升升高高而而下下降降。。因此此，，隨隨著著溫溫度度的的提提高高，，固固定定負負荷荷下下塑塑料料產產生生的的形形變變量量將將隨隨之之增增加加。。截面面為為矩矩形形的的試試樣樣處處于于跨跨距距為為l的簡簡支支梁梁中中部部的的受受力力狀狀態(tài)態(tài)，，當當該該試試樣樣為為虎虎克克彈彈性性體體時時，，產產生生的的彎彎曲曲形形變變量量:式中中：：f———試樣樣的的最最大大形形變變量量，，mmσ———試樣樣最最大大彎彎曲曲正正應應力力，，N/mm2l———簡支支梁梁兩兩支支點點間間距距，，mmh———試樣樣的的高高度度，，mmE———試樣樣材材料料的的彈彈性性模模量量，，N/mm2材料料的的彈彈性性模模量量下下降降，，試試樣樣變變形形量量增增加加。。即，，溫溫度度上上升升，，試試樣樣變變形形量量增增加加。。（二二））儀儀器器負荷荷熱熱變變形形溫溫度度測測定定儀儀由由試試樣樣支支架架、、負負荷荷壓壓頭頭、、砝砝碼碼、、中中點點形形變變測測定定儀儀、、溫溫度度計計及及能能恒恒速速升升溫溫的的加加熱熱浴浴箱箱組組成成。。保溫溫浴浴槽槽內內盛盛有有對對試試樣樣無無影影響響的的液液體體傳傳熱熱介介質質，，如如硅硅油油、、變變壓壓器器油油、、液液體體石石蠟蠟或或乙乙二二醇醇等等，，浴浴槽槽并并設設有有攪攪拌拌器器。。支架架用用于于放放置置試試樣樣，，兩兩個個支支座座中中心心間間的的距距離離為為100mm。(三)試樣樣模塑塑試試樣樣：：L=120mm，h=15mm，b=10mm。板材材試試樣樣：：L=120mm，h=15mm，b=3～13mm（取取板板厚厚））特殊殊情情況況下下，，可可取取L=120mm，h=9.8～15mm，b=3～13mm。但但中中點點彎彎曲曲變變形形量量必必須須取取規(guī)規(guī)定定的的值值。。當板板材材的的厚厚度度大大于于13mm，則則在在其其一一面面機機械械加加工工至至符符合合要要求求的的厚厚度度。。當采采用用壓壓塑塑的的方方法法制制備備試試樣樣時時，，模模塑塑壓壓力力方方向向應應垂垂直直于于試試樣樣高高的的這這一一側側面面。。模塑塑條條件件對對測測定定結結果果有有較較大大影影響響，，因因此此模模塑塑條條件件應應按按有有關關材材料料標標準準的的要要求求或或有有關關方方面面確確定定。。（三三））試試驗驗方方法法等速速升升溫溫速速度度：：12℃℃±±1℃℃/6min。最大大彎彎曲曲正正應應力力：：1.81N/mm2或0.45N/mm2。施加加砝砝碼碼重重：：式中中：：W——砝碼碼質質量量，，kg；σ——試樣樣最最大大彎彎曲曲正正應應力力，，N/ｍm2；b——試樣樣的的寬寬度度，，ｍｍ；；ＬＬ—兩支支座座中中心心間間距距離離，，ｍｍ；；R————負載載桿桿，，壓壓頭頭的的質質量量，，kg；T——變形形測測量量裝裝置置的的附附加加力力，，N；（（附附加加力力向向下下取取正正值值，，向向上上取取負負值值））；；g——重力力加加速速度度，，9.8m/s2。（四四））測測試試步步驟驟1）將將符符合合要要求求的的試試樣樣按按規(guī)規(guī)定定進進行行狀狀態(tài)態(tài)調調節(jié)節(jié)；；2）測量量試樣樣中點點附近近處的的高度度（h）和寬寬度（（b），精精確到到0.05mm，確定定試樣樣的變變形量量；試樣應應變量量與試試樣的的高度度及中中點變變形量量成正正比關關系。。3）計算算砝碼碼質量量，使使試樣樣承載載后最最大彎彎曲正正應力力為1.8N/mm2或0.45N/mm2；采用小小負荷荷時，，其數數據分分散性性較大大，相相對誤誤差較較大。。蠕變較較大的的塑料料如聚聚乙烯烯、尼尼龍等等材料料，采采用小小負荷荷。4）將試試樣對對稱地地放在在試樣樣支座座上，，高度度為15mm的一面面垂直直放置置，插插入溫溫度計計，溫溫度計計水銀銀球在在試樣樣兩支支座的的中點點附近近，與與試樣樣相距距在3mm以內，，不要要觸及及試樣樣。把裝好好試樣樣的支支架小小心放放入保保溫浴浴槽內內，試試樣應應位于于液面面35mm以下，，加上上砝碼碼，開開動攪攪拌器器，5min后調節(jié)節(jié)變形形測量量裝置置，使使之為為零。。按升溫溫按鈕鈕加熱熱升溫溫。當當試樣樣中點點彎曲曲變形形量達達到規(guī)規(guī)定值值（0.21）mm時，迅迅速記記錄此此時溫溫度。。此溫度度為試試樣在在相應應最大大彎曲曲正應應力條條件下下的熱熱變形形溫度度。不同尺尺寸的的試樣樣，其其變形形量按按規(guī)定定值。。試樣高高度變變化時時相應應形變變量的的變化化表（五））結果果表示示材料的的熱變變形溫溫度值值以同同組試試樣的的算術術平均均值表表示。。試驗報報告中中應記記錄試試樣的的制備備方法法和預預處理理條件件，試試樣尺尺寸和和所用用砝碼碼質量量，使使用的的傳熱熱介質質，試試驗起起始溫溫度、、升溫溫速度度、最最大彎彎曲正正應力力值。。每個試試樣的的熱變變形溫溫度和和同組組試樣樣的算算術平平均值值以及及試驗驗中試試樣的的特殊殊情況況等。。（六））影響響因素素與討討論1）試驗驗機的的影響響試樣支支架及及負載載桿的的熱膨膨脹導導致讀讀數誤誤差。。支座間間距、、負載載桿上上的壓壓頭與與試樣樣位置置導致致試樣樣最大大變形形量變變化，，從而而導致致較大大的系系統(tǒng)誤誤差。。2）試樣樣的制制備方方法及及尺寸寸的影影響3）傳熱熱介質質的影影響液態(tài)介介質在在所用用溫度度下穩(wěn)穩(wěn)定且且對試試樣沒沒有影影響。。液態(tài)石石蠟、、變壓壓器油油、甘甘油和和硅油油等。。試驗中中應對對介質質作充充分攪攪拌。。4）試驗驗條件件的影影響塑料導導熱性性差，，介質質與試試樣形形成熱熱平衡衡需要要較長長時間間在升溫溫過程程中，，試樣樣本身身與介介質總總是存存在一一定溫溫差，，而且且這種種溫差差將隨隨介質質升溫溫速率率的增增加而而增加加。升溫速速率增增加，，試驗驗結果果偏高高，反反之，，則偏偏低。。試驗中中試樣樣承受受的負負荷主主要由由砝碼碼提供供，在在規(guī)定定了試試樣承承受的的最大大彎曲曲正應應力后后，砝砝碼的的選擇擇就取取決于于試樣樣的尺尺寸。。當最大大彎曲曲正應應力σ一定后后，試試樣的的形變變量與與試樣樣高度度成反反比。。對不同同高度度試樣樣，應應取不不同變變形量量作為為試驗驗終點點。三、維維卡卡軟化化點試試驗維卡軟軟化點點是在一定定升溫溫條件件下，，以截截面積積為1mm2的壓針針頭在在規(guī)定定負荷荷下刺刺入塑塑料試試樣1mm深時的的溫度度。維卡軟軟化試試驗是是1894年維卡卡爾提提出，，1910最先由由德國國正式式建立立標準準方法法。我國1970年采用用這一一試驗驗方法法用于于測試試熱塑塑性塑塑料的的熱性性能，，1979年建立立國家家標準準。（一））試驗驗原理理隨著溫溫度的的提高高，材材料抵抵抗外外力的的能力力下降降，在在恒定定外力力作用用下壓壓針頭頭刺入入試樣樣的深深度因因之逐逐步加加深。。當規(guī)定針針入量為為一定值值(1mm)時，各種種熱塑性性塑料達達到該針針入量時時的溫度度就各自自為一定定值。（二）測測試方法法測試標準準：GB/T1633—2000維卡軟化化點試驗驗裝置與與熱變形形溫度測測試的基基本一樣樣。由支支架、保保溫浴槽槽、液體體傳熱介介質、砝砝碼、測測溫裝置置、變形形測量裝裝置和冷冷卻裝置置等構成成。壓針頭平平端與負負載桿成成直角，，截面積積為1mm2。試驗條件件：等速升溫溫：A：5±0.5℃/6min；B：12±1.0℃℃/6min。砝碼大小?。?.81N（1000gf）；49.05N（5000gf）試驗時的的起始溫溫度可取取室溫。。以壓針頭頭刺入試試樣的量量1mm為試驗終終點。試樣要求求試樣厚度度應在3～6mm范圍，寬寬和長至至少為10×10mm，或直徑徑大于10mm的圓片。。模塑試樣樣厚度應應在3～4mm范圍。板材試樣樣取原厚厚，超過過6mm時，單面面加工成成3～4mm不足3mm時，由2～3塊迭合成成厚度大大于3mm使用。試樣的支支撐面和和受測面面應平行行，表面面平整光光滑，無無氣泡，，無鋸切切痕跡，，凹痕或或飛邊等等缺陷，，按產品標標準規(guī)定定進行預預處理。。每組試樣樣為２個個。維卡試驗驗機操作作規(guī)程準備工作作向油箱內內注入硅硅油，使使油面與與油箱上上平面距距離保持持在50~60毫米左右右，試樣樣浸入油油面的深深度至少少為35毫米。關閉冷卻卻水進水水口，打打開排水水口，使使排水口口敞開。。打開電源源，預熱熱機器10分鐘。開機順序序：工控控機—電腦—試驗主機機。檢查試驗驗主機上上的“升升”、““降”、、“?！薄备靼粹o鈕是否靈靈敏可靠靠，攪拌拌是否運運行。維卡試驗驗操作打開電腦腦桌面上上的““PowerTest-W”試驗軟件件。點擊“試試驗”按按鈕，選選擇試驗驗方案名名“維卡卡”，并并設置相相關的試試驗參數數值，然然后按““確定””。輕按試驗驗主機““開機””按鈕，，試驗機機通電。。按“升””按鈕，，升起試試驗架。。選擇壓針針式壓頭頭，將其其正確安安裝在無無負載作作用的負負載桿底底端。將試樣水水平放置置在未加加負荷的的壓針下下，壓針針壓在試試樣中心心；提起起砝碼托托盤把手手，使壓壓針壓住住試樣。。輕按主機機“降””按鈕，，試樣及及試樣架架裝置進進入油箱箱中。5分鐘后，，向載荷荷盤上加加試驗所所要求質質量的砝砝碼。將小磁粒粒放在砝砝碼凹槽槽上正中中位置。。調節(jié)位移移傳感器器的夾具具，使傳傳感器豎豎直壓在在砝碼磁磁粒上，，傳感器器的顯示示值在（（3~4）mm間。按位移傳傳感器上上的“O”鍵，各路路通道變變形值讀讀數為““0”。點擊“運運行”按按鈕，試試驗進行行。試驗結束束，點擊擊軟件的的“停止止”按鈕鈕。擰松位移移傳感器器的把手手，移開開傳感器器，拿離離砝碼。。按主機““升”按按鈕，用用鉗子拿拿掉試樣樣。點擊““數據處處理”下下拉菜單單，查看看試驗數數據結果果。打印試驗驗報告。。熱變形試試驗操作作選擇斧刃刃式的試試驗壓頭頭，安裝裝在無負負載作用用的負載載桿底端端。打開電腦腦桌面上上的““PowerTest-W”試驗軟件件；點擊“試試驗”按按鈕，選選擇試驗驗方案名名“熱變變形溫度度”，并并設置相相關的試試驗參數數值，然然后按““確定””。測量試樣樣尺寸，，根據試試驗要求求的最大大彎曲正正應力，，計算負負荷大小?。ㄘ撦d載桿等重重及附加加力105g）。將試樣水水平放置置在未加加負載的的壓頭下下，試樣樣高所在在的面垂垂直在試試樣支座座上。將試樣裝裝置降入入油箱，，加上砝砝碼，砝砝碼凹面面應朝上上。5分鐘后，，調節(jié)位位移傳感感器夾具具，使傳傳感器豎豎直在砝砝碼上，，按傳感感器上的的“O”鍵，各路路通道變變形值讀讀數為““0”。點擊軟件件“運行行”按鈕鈕，開始始試驗，，試驗結束束，按““停止””按鈕。。查看試試驗結果果，打印印試驗報報告。注意事項項開機后，，需預熱熱機器10分鐘后，，才可進進行試驗驗。關開機間間隔不能能少于1分鐘。插拔電源源線和信信號線必必須斷電電，以免免損壞元元件。手不能伸伸入油箱箱，以免免燙傷。。試驗溫度度必須低低于加熱熱油的閃閃點。當油箱溫溫度高于于120℃℃時，必須須先自然然冷卻后后，再進進行水冷冷卻。試驗過程程中，不不能觸碰碰傳感器器，人不不能離開開現場。。保持設備備清潔，，預防高高溫、過過濕、灰灰塵、腐腐蝕性介介質、水水對機器器的影響響。（四）馬馬丁耐熱熱試驗馬丁耐熱熱試驗：：在按一一定速度度等速升升溫加熱熱空氣介介質的爐爐內，使使試樣承承受一定定的彎曲曲應力，，測量試試樣自由由端使加加荷杠桿桿臂端產產生規(guī)定定下降高高度時的的溫度，，并以之之作為評評價塑料料高溫變變形趨勢勢的方法法。（一）測測試原理理塑料試樣樣抵抗外外力的能能力與溫溫度相關關，隨著著溫度上上升，彎彎曲模量量降低，，剛度下下降，受受到彎曲曲力矩的的作用后后，發(fā)生生彎曲變變形隨之之增加，，引起加加荷杠桿桿傾斜。。馬丁耐熱熱試驗溫溫度，以以變形指指示器的的指針下下降來反反映試樣樣的形變變量，測測出下降降達到規(guī)規(guī)定值