王 忠

(中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì), 北京 100021)

通用塑料指的是力學(xué)性能較差，不能作為結(jié)構(gòu)材料，但產(chǎn)量大的塑料，通用塑料一般有5大品種，即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物(ABS)，而其中PE、PP、PVC、PS占世界塑料產(chǎn)量的85%[1]。熱變形溫度是聚合物制品耐熱性的重要指標(biāo)[2-4]，用來(lái)評(píng)價(jià)聚合物及其改性料在載荷下受熱變形的程度，并不表示產(chǎn)品的最高使用溫度。

熱變形溫度反映的是塑料短期對(duì)熱的抵抗能力，該能力會(huì)隨溫度變化速率、受熱形式及時(shí)間、試樣承受壓力的改變而有所變化。目前已有文獻(xiàn)研究了熱處理?xiàng)l件、注塑工藝等對(duì)ABS熱變形溫度測(cè)試的影響[5]，但在標(biāo)準(zhǔn)更新后，測(cè)試條件的變化對(duì)于熱變形溫度測(cè)試結(jié)果影響的研究較少。

熱變形測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)參考了GB/T 1634.1—2019 《塑料 負(fù)荷變形溫度的測(cè)定 第1部分：通用試驗(yàn)方法》和GB/T 1634.2—2019 《塑料 負(fù)荷變形溫度的測(cè)定 第2部分：塑料和硬橡膠》，在最新版本(2019版)中刪除了側(cè)放試樣的方法，因目前仍有大量材料使用的是GB/T 1634.1—2004中的側(cè)放方式進(jìn)行測(cè)試，標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有說(shuō)明試樣放置方法對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，而不同方法間的切換必然影響到技術(shù)指標(biāo)的設(shè)定[6]。

為了研究不同測(cè)試方法間的差異，筆者選用通用塑料中典型結(jié)晶和非結(jié)晶材料的不同配方體系對(duì)試樣的放置方法、尺寸、載荷等因素進(jìn)行分析，并對(duì)不同測(cè)試方法的結(jié)果差異進(jìn)行了對(duì)比，為通用塑料熱變形溫度的準(zhǔn)確測(cè)定提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)原理

標(biāo)準(zhǔn)試樣以平放或側(cè)放的方法承受三點(diǎn)彎曲恒定載荷(1.80，0.45，8.00 MPa)，使其產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲應(yīng)力，在勻速升溫(升溫速率為120 ℃/h)的條件下，測(cè)量達(dá)到與規(guī)定彎曲應(yīng)變?cè)隽肯鄬?duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)撓度時(shí)的溫度。

1.2 試驗(yàn)參數(shù)

采用熱變形維卡試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，試樣放置方法如圖1所示，具體試驗(yàn)參數(shù)[6]如表1所示。

圖1 試樣放置方法現(xiàn)場(chǎng)

表1 不同試樣放置方法的試驗(yàn)參數(shù) mm

1.3 試驗(yàn)材料

GB/T 1634.2—2019標(biāo)準(zhǔn)中提到：非結(jié)晶塑料的試驗(yàn)結(jié)果相差2 ℃以上，部分結(jié)晶塑料的試驗(yàn)結(jié)果相差5 ℃以上時(shí)，應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)。由此可知：非結(jié)晶塑料和部分結(jié)晶塑料在測(cè)試過(guò)程中的表現(xiàn)不同，通用塑料中ABS，HIPS(高抗沖聚苯乙烯)屬于非結(jié)晶塑料，PP屬于部分結(jié)晶塑料[7]，為了確保測(cè)試結(jié)果的可靠性和通用性，更好地為研發(fā)和生產(chǎn)測(cè)試提供依據(jù)，每類(lèi)材料中又分別選擇了幾種填充類(lèi)和增強(qiáng)類(lèi)塑料進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)材料如表2所示。

表2 試驗(yàn)材料

1.4 試驗(yàn)步驟

方案一：測(cè)試過(guò)程中,將達(dá)到規(guī)定彎曲應(yīng)變?cè)隽肯鄬?duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)撓度設(shè)置為0.33 mm，平放試樣尺寸為80 mm×10.0 mm×4.1 mm(長(zhǎng)×寬×高,下同)，側(cè)放試樣尺寸為120 mm×4.0 mm×9.9 mm；在1.80 MPa(方法A)，0.45 MPa(方法B)，8.00 MPa(方法C)的彎曲應(yīng)力作用下，研究使用平放和側(cè)放兩種放置方法對(duì)熱變形溫度的影響。

方案二：新標(biāo)準(zhǔn)中優(yōu)選的彎曲應(yīng)力為1.80 MPa，放置方法為平放，研究達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)撓度分別為0.33，0.34，0.35 mm時(shí)，熱變形溫度之間的差異。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 非結(jié)晶材料平放和側(cè)放測(cè)試結(jié)果間的差異

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1634.2—2019，選用A、B、C 3種方法，放置方法分別為平放和側(cè)放，測(cè)試非結(jié)晶材料ABS和HIPS的熱變形溫度，結(jié)果如表3所示。

表3 非結(jié)晶材料ABS和HIPS的熱變形溫度 ℃

從表3可以看出：對(duì)于非結(jié)晶材料ABS和HIPS，在標(biāo)準(zhǔn)撓度均為0.33 mm，且同一載荷下，側(cè)放與平放的測(cè)試結(jié)果基本一致，大部分材料的熱變形溫度偏差均小于2 ℃，且對(duì)于大部分材料，采用側(cè)放的結(jié)果比平放的結(jié)果稍高。

在相同的放置方法、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)撓度(0.33 mm)、不同的載荷條件下測(cè)試，可以看出：非結(jié)晶材料的測(cè)試結(jié)果也有一定的規(guī)律，方法B比方法A所得結(jié)果高10 ℃左右，方法A比方法C所得結(jié)果高10 ℃左右。

2.2 部分結(jié)晶材料(PP)平放和側(cè)放測(cè)試結(jié)果間的差異

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1634.2—2019，選用A、B、C 3種方法，放置方法分別為平放和側(cè)放時(shí)，測(cè)試部分結(jié)晶材料不同配方的改性PP的熱變形溫度，結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出：玻璃纖維增強(qiáng)體系(GFPP-30，GFPP-25，PP-36370)材料的熱變形溫度明顯高于滑石粉填充(PP-11680，PP-11269)體系，這主要是因?yàn)楦叻肿拥臒徭溸\(yùn)動(dòng)受到剛性玻璃纖維的阻礙，剛性玻璃纖維在聚合物基體中起到了骨架支撐的作用。另外，在相同標(biāo)準(zhǔn)撓度、相同載荷的情況下，不同放置方法對(duì)熱變形溫度的測(cè)試結(jié)果也存在一定規(guī)律，非玻璃纖維增強(qiáng)體系試樣側(cè)放比平放時(shí)的熱變形溫度高，而對(duì)于玻璃纖維增強(qiáng)體系，隨著載荷的增加，側(cè)放試樣的熱變形溫度升高得多，尤其是在8.00 MPa載荷下，側(cè)放比平放的熱變形溫度高20 ℃，而在低載荷(0.45 MPa)下，平放和側(cè)放的熱變形溫度一致，進(jìn)一步說(shuō)明了玻璃纖維相對(duì)滑石粉對(duì)于載荷的敏感性。改性PP材料在不同放置方法下的熱變形溫度的差異如表5所示。

表4 部分結(jié)晶材料在不同配方改性PP的熱變形溫度 ℃

表5 改性PP材料在不同放置方法下熱變形溫度的差異

使用相同的放置方法、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)撓度(0.33 mm)、不同載荷得到的熱變形溫度測(cè)試結(jié)果有以下規(guī)律：載荷越大，熱變形溫度測(cè)試結(jié)果越小。對(duì)于玻璃纖維和非玻璃纖維增強(qiáng)體系，改性PP材料在不同載荷下的熱變形溫度差異如表6所示。

表6 改性PP材料在不同載荷下的熱變形溫度差異

2.3 不同標(biāo)準(zhǔn)撓度(變形量)對(duì)熱變形溫度測(cè)試結(jié)果的影響

GB/T 1634.2—2019中標(biāo)準(zhǔn)撓度與試樣厚度的關(guān)系如表7所示。

表7 GB/T 1634.2—2019中標(biāo)準(zhǔn)撓度與試樣厚度的關(guān)系 mm

標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1634.2—2019中首選載荷為1.80 MPa，放置方法為平放，相鄰的3種試樣厚度對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)撓度分別為0.33，0.34，0.35 mm時(shí)，利用4種改性材料(HF-606、HR-527A、GFAS-30、PP-36370)分別進(jìn)行熱變形溫度測(cè)試，具體結(jié)果如表8所示。

表8 不同標(biāo)準(zhǔn)撓度對(duì)4種改性材料的熱變形溫度測(cè)試結(jié)果 ℃

從表8可知：放置方法(平放)相同、載荷相同、標(biāo)準(zhǔn)撓度不同時(shí)，同一材料的熱變形溫度基本一致。在測(cè)試過(guò)程中，不同人員測(cè)試的試樣尺寸稍有差異，也不會(huì)對(duì)熱變形溫度的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生較大影響。

3 結(jié)論

(1) 對(duì)于非結(jié)晶材料ABS和HIPS，相同標(biāo)準(zhǔn)撓度、相同載荷下，側(cè)放的測(cè)試結(jié)果與平放的測(cè)試結(jié)果基本一致，大部分材料的偏差均小于2 ℃，且大部分材料采用側(cè)放放置方法得到的結(jié)果比平放得到的結(jié)果稍高；而使用相同放置方法，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)撓度(0.33 mm)，不同載荷測(cè)試時(shí)，方法B比方法A得到的結(jié)果高10 ℃左右，方法A比方法C得到的結(jié)果高10 ℃左右。

(2) 對(duì)于部分結(jié)晶材料PP來(lái)說(shuō)，同樣的測(cè)試方法下，添加了玻璃纖維PP材料的熱變形溫度測(cè)試結(jié)果有明顯升高；在相同標(biāo)準(zhǔn)撓度、相同載荷條件下，側(cè)放的熱變形溫度測(cè)試結(jié)果比平放高。具體的差異因填料的含量不同而各不相同；使用相同的放置方法、相同標(biāo)準(zhǔn)撓度，載荷越大，結(jié)果越低；方法A、方法B、方法C間的差異對(duì)于玻璃纖維填充體系更為敏感。

(3) 對(duì)相同的試樣，使用平放的放置方法，彎曲應(yīng)力為1.80 MPa時(shí)，在不同的標(biāo)準(zhǔn)撓度下，熱變形溫度測(cè)試結(jié)果一致性較好。