材料的熱性能與其生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品使用有直接聯(lián)系。常見的高分子材料的熱性能表征指標(biāo)有熱變形溫度，熔融指數(shù)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，熔點，熱分解溫度，低溫脆化溫度，線膨脹系數(shù)，熱導(dǎo)率等。

 

壹

 

負(fù)荷熱變形溫度

 

常用的測試材料熱變形溫度的方法有“馬丁耐熱試驗”，“維卡軟化點試驗”和“熱變形溫度試驗”。這三種方法原理基本相同，都是將預(yù)定應(yīng)力作用下的標(biāo)準(zhǔn)試樣安放于等速升溫體系中，然后測定其到達(dá)規(guī)定變形時的溫度。

 

（1）維卡軟化點試驗

維卡軟化點是在一定升溫條件下，以截面積為1平方毫米的壓針頭在規(guī)定負(fù)荷下刺入塑料試樣1mm深時的溫度，以此表征試樣的熱變形溫度。

 

試樣要求：

適用于塑料、橡膠、尼龍、電絕緣材料等材料。

試樣厚度應(yīng)在3到6mm范圍，寬和長至少為10×10mm，或直徑大于10mm的圓片。

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• ASTM D648-07 Standard Test Method forDeflection Temperature of Plastics Under Flexural Load in the EdgewisePosition.
• ISO 75-2：2013Plastics-Determination of temperature of deflection under load- Part 2:Plastics and ebonite.
• ISO306:1994 塑料-熱塑性塑料維卡軟化點溫度的測定
• GB/T 1633-2000 熱塑性塑料維卡軟化點溫度的測定
• GB/T 1634-2001 塑料-負(fù)荷變形溫度的測定

 

（2）熱變形溫度試驗

類似維卡軟化點試驗，區(qū)別在于熱變形溫度試驗采用的是一個斧形壓頭，維卡軟化點測試采用的是針形壓頭。

 

測試儀器：同維卡軟化點試驗儀器。

 

（3）馬丁耐熱試驗

馬丁耐熱試驗是對測試樣品按一定速率升溫，使試樣承受一定的彎曲應(yīng)力。試樣受熱自由端產(chǎn)生規(guī)定偏斜量的溫度稱為馬丁溫度。

 

試樣要求：

可對塑料、尼龍、橡膠、電纜料等高分子材料進(jìn)行耐熱溫度的測試。尺寸為120mmⅹ15mmⅹ10mm的條形試樣，厚度大于10mm的可雙面加工為10mm。

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• GB/T 1699-2003 硬質(zhì)橡膠馬丁耐熱溫度的測定

 

 

 

貳

 

熔融指數(shù)

 

熔融指數(shù)是在一定的溫度和負(fù)荷下，聚合物熔體每10分鐘通過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模的質(zhì)量，其單位是g/10min，也稱熔體流動速率。用以表示塑料材料加工時的流動性。

 

測試儀器：熔融指數(shù)儀

 

測試原理：

將待測塑料粒子置入小槽中，加熱融成流體，測量流體在10分鐘內(nèi)被擠出的量?？梢杂萌垠w質(zhì)量流動速率（MFR），還可以用熔體體積流動速率（MVR）表示。熔融指數(shù)越大，材料加工流動性越差。

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• GB/T 3682-2000熱塑性塑料熔體質(zhì)量流動速率和熔體體積流動速率的測定
• ASTM D1238-98 Standard Test Method for MeltFlow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer

 

 

 

叁

 

熱分解溫度

 

測試儀器：熱重分析儀

 

測試原理：

熱重分析是指在程序控制溫度下測量待測樣品的質(zhì)量與溫度、時間變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù)，可以同時記錄試樣質(zhì)量隨溫度變化的曲線、失重速率隨時間的變化曲線，用來研究材料的熱穩(wěn)定性。

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• ASTM E2402-2005 Standard Test Method forMass loss and Residue Measurement Validation of Thermogravimetric Analyzers
• ASTM E2550-2007 Standard Test Method forThermal Stability by Thermogravimetry
• ISO 11358-1997 Plastics - Thermogravimetry(TG) of polymers - General principles
• JIS K7120-1987 Testing methods of plasticsby thermogravimetry
   

 

 

肆

 

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

 

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高分子材料從玻璃態(tài)到高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的特征溫度。常用測試方法有差示掃描量熱儀，膨脹計法，折光率法，熱機械法（DMA）和核磁共振等。

 

（1）差示掃描量熱法

在程序控制溫度下，測量單位時間內(nèi)樣品與參比物之間的功率差與溫度之間的關(guān)系?？梢杂脕肀碚鞲叻肿硬牧系臒岱€(wěn)定性，包括玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、結(jié)晶轉(zhuǎn)變溫度、熔點等。

 

測試儀器：差示掃描量熱儀

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• ISO 11357-2：1999 塑料差示掃描量熱法（DSC） 第2部分：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測定
• ASTM D3418-08 用差示掃描量熱法測定聚合物轉(zhuǎn)變溫度的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法

 

（2）膨脹計法

在膨脹計內(nèi)裝入適量的受測聚合物，通過抽真空的方法在負(fù)壓下將對受測聚合物沒有溶解作用的惰性液體充入膨脹計內(nèi)，然后在油浴中以一定的升溫速率對膨脹計加熱，記錄惰性液體柱高度隨溫度的變化。

 

由于高分子聚合物在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度前后體積的突變，因此惰性液體柱高度-溫度曲線上對應(yīng)有折點，此折點對應(yīng)的溫度即為受測聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

 

（3）折光率法

利用高分子聚合物在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度前后折光率的變化測出玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

 

（4）熱機械法（DMA）

在加熱爐或環(huán)境箱內(nèi)對高分子聚合物的試樣施加恒定載荷，記錄不同溫度下的溫度-變形曲線，曲線上的折點對應(yīng)的溫度就是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

 

 

 

伍

 

低溫脆化溫度

 

脆化溫度是塑料低溫力學(xué)行為的一種量度，以具有一定能量的沖錘沖擊試樣時，當(dāng)試樣開裂幾率達(dá)到50%的溫度稱脆化溫度。

 

測試儀器：脆化溫度試驗機（附帶冷凍機）

 

測試原理：

每個試驗溫度下的試驗破壞數(shù)目計算試樣破壞百分率，然后按下式求取脆化溫度：

 

試樣要求：

尺寸為長20.00mm+/-0.25mm,寬2.50mm+/-0.05mm,厚2.0mm+/-0.10mm的試樣，適用于A型測試儀器：沖頭半徑為1.6mm+/-0.1mm，鉗口半徑為4.0mm+/-0.1mm。

尺寸為長31.75mm+/-6.35mm，寬6.35mm+/-0.51mm，厚1.91mm+/-0.13mm，適用于B型測試儀器：沖頭半徑為1.6mm+/-0.1mm。

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• GB/T 5470-2008 塑料沖擊法脆化溫度的測定
• GB/T 12584-2008 橡膠或塑料涂覆織物低溫沖擊試驗

 

 

 

陸

 

線膨脹系數(shù)

 

線膨脹系數(shù)是指溫度每變化1℃，試樣長度變化值與其原始長度值之比。表示物質(zhì)在某一溫度區(qū)間的線膨脹特性的，稱為平均線膨脹系數(shù)。

 

測試儀器：熱膨脹系數(shù)測試儀

 

測試原理：

常見的有連續(xù)升溫法和兩端點溫度法。

 

連續(xù)升溫法：用低溫?zé)釞C械分析儀測定，試樣在等速升溫下，通過儀器記錄隨時間不同的伸長量和相對應(yīng)的溫度，描繪出△l-T曲線，從曲線上求出某一溫度的線膨脹系數(shù)α。

 

兩端點溫度法：將已測量原始長度的試樣裝入石英膨脹計中，然后先后插入不同溫度恒溫浴中（-30或30℃），在溫度平衡，千分表指示穩(wěn)定后，記取讀數(shù)，由試樣膨脹系數(shù)值和收縮系數(shù)值計算平均線膨脹系數(shù)α。

 

試樣要求：

橫截面可為圓形、方形或長方形，直徑或?qū)蔷€長度約10mm。α較大的材料，長度為50mm；α較小的材料，長度為100mm。

試樣可采用機械加工、模塑或澆鑄制樣。若從各向同性材料上切樣，則可隨意取三個試樣。若從各向異性材料上切樣，則應(yīng)在同一方向切取三個試樣。試樣斷面應(yīng)平整，無毛刺，并垂直于長軸。

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• GB/T 1036-89 塑料線膨脹系數(shù)測定方法

 

 

 

柒

 

熱導(dǎo)率

 

熱導(dǎo)率是表面物體熱傳導(dǎo)能力的重要參數(shù)，即單位面積單位厚度試樣的溫差為1℃時，單位時間內(nèi)通過的熱量，單位是W/(m·K)。

 

測試儀器：熱導(dǎo)率測定儀

 

測試原理：

測定方法按工作原理可分為穩(wěn)態(tài)法（穩(wěn)定熱流法）和非穩(wěn)態(tài)法（非穩(wěn)定熱流法）兩大類。

測定可通過下公式計算得出：

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• GB/T 3399-1982 塑料導(dǎo)熱系數(shù)實驗方法 護熱平板法
• GB/T 3139-2005 纖維增強塑料導(dǎo)熱系數(shù)實驗方法

 

壹

 

負(fù)荷熱變形溫度

 

常用的測試材料熱變形溫度的方法有“馬丁耐熱試驗”，“維卡軟化點試驗”和“熱變形溫度試驗”。這三種方法原理基本相同，都是將預(yù)定應(yīng)力作用下的標(biāo)準(zhǔn)試樣安放于等速升溫體系中，然后測定其到達(dá)規(guī)定變形時的溫度。

 

（1）維卡軟化點試驗

維卡軟化點是在一定升溫條件下，以截面積為1平方毫米的壓針頭在規(guī)定負(fù)荷下刺入塑料試樣1mm深時的溫度，以此表征試樣的熱變形溫度。

 

試樣要求：

適用于塑料、橡膠、尼龍、電絕緣材料等材料。

試樣厚度應(yīng)在3到6mm范圍，寬和長至少為10×10mm，或直徑大于10mm的圓片。

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• ASTM D648-07 Standard Test Method forDeflection Temperature of Plastics Under Flexural Load in the EdgewisePosition.
• ISO 75-2：2013Plastics-Determination of temperature of deflection under load- Part 2:Plastics and ebonite.
• ISO306:1994 塑料-熱塑性塑料維卡軟化點溫度的測定
• GB/T 1633-2000 熱塑性塑料維卡軟化點溫度的測定
• GB/T 1634-2001 塑料-負(fù)荷變形溫度的測定

 

（2）熱變形溫度試驗

類似維卡軟化點試驗，區(qū)別在于熱變形溫度試驗采用的是一個斧形壓頭，維卡軟化點測試采用的是針形壓頭。

 

測試儀器：同維卡軟化點試驗儀器。

 

（3）馬丁耐熱試驗

馬丁耐熱試驗是對測試樣品按一定速率升溫，使試樣承受一定的彎曲應(yīng)力。試樣受熱自由端產(chǎn)生規(guī)定偏斜量的溫度稱為馬丁溫度。

 

試樣要求：

可對塑料、尼龍、橡膠、電纜料等高分子材料進(jìn)行耐熱溫度的測試。尺寸為120mmⅹ15mmⅹ10mm的條形試樣，厚度大于10mm的可雙面加工為10mm。

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• GB/T 1699-2003 硬質(zhì)橡膠馬丁耐熱溫度的測定

 

 

 

貳

 

熔融指數(shù)

 

熔融指數(shù)是在一定的溫度和負(fù)荷下，聚合物熔體每10分鐘通過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模的質(zhì)量，其單位是g/10min，也稱熔體流動速率。用以表示塑料材料加工時的流動性。

 

測試儀器：熔融指數(shù)儀

 

測試原理：

將待測塑料粒子置入小槽中，加熱融成流體，測量流體在10分鐘內(nèi)被擠出的量。可以用熔體質(zhì)量流動速率（MFR），還可以用熔體體積流動速率（MVR）表示。熔融指數(shù)越大，材料加工流動性越差。

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• GB/T 3682-2000熱塑性塑料熔體質(zhì)量流動速率和熔體體積流動速率的測定
• ASTM D1238-98 Standard Test Method for MeltFlow Rates of Thermoplastics by Extrusion Plastometer

 

 

 

叁

 

熱分解溫度

 

測試儀器：熱重分析儀

 

測試原理：

熱重分析是指在程序控制溫度下測量待測樣品的質(zhì)量與溫度、時間變化關(guān)系的一種熱分析技術(shù)，可以同時記錄試樣質(zhì)量隨溫度變化的曲線、失重速率隨時間的變化曲線，用來研究材料的熱穩(wěn)定性。

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• ASTM E2402-2005 Standard Test Method forMass loss and Residue Measurement Validation of Thermogravimetric Analyzers
• ASTM E2550-2007 Standard Test Method forThermal Stability by Thermogravimetry
• ISO 11358-1997 Plastics - Thermogravimetry(TG) of polymers - General principles
• JIS K7120-1987 Testing methods of plasticsby thermogravimetry
   

 

 

肆

 

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

 

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高分子材料從玻璃態(tài)到高彈態(tài)轉(zhuǎn)變的特征溫度。常用測試方法有差示掃描量熱儀，膨脹計法，折光率法，熱機械法（DMA）和核磁共振等。

 

（1）差示掃描量熱法

在程序控制溫度下，測量單位時間內(nèi)樣品與參比物之間的功率差與溫度之間的關(guān)系?？梢杂脕肀碚鞲叻肿硬牧系臒岱€(wěn)定性，包括玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、結(jié)晶轉(zhuǎn)變溫度、熔點等。

 

測試儀器：差示掃描量熱儀

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• ISO 11357-2：1999 塑料差示掃描量熱法（DSC） 第2部分：玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測定
• ASTM D3418-08 用差示掃描量熱法測定聚合物轉(zhuǎn)變溫度的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法

 

（2）膨脹計法

在膨脹計內(nèi)裝入適量的受測聚合物，通過抽真空的方法在負(fù)壓下將對受測聚合物沒有溶解作用的惰性液體充入膨脹計內(nèi)，然后在油浴中以一定的升溫速率對膨脹計加熱，記錄惰性液體柱高度隨溫度的變化。

 

由于高分子聚合物在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度前后體積的突變，因此惰性液體柱高度-溫度曲線上對應(yīng)有折點，此折點對應(yīng)的溫度即為受測聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

 

（3）折光率法

利用高分子聚合物在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度前后折光率的變化測出玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

 

（4）熱機械法（DMA）

在加熱爐或環(huán)境箱內(nèi)對高分子聚合物的試樣施加恒定載荷，記錄不同溫度下的溫度-變形曲線，曲線上的折點對應(yīng)的溫度就是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

 

 

 

伍

 

低溫脆化溫度

 

脆化溫度是塑料低溫力學(xué)行為的一種量度，以具有一定能量的沖錘沖擊試樣時，當(dāng)試樣開裂幾率達(dá)到50%的溫度稱脆化溫度。

 

測試儀器：脆化溫度試驗機（附帶冷凍機）

 

測試原理：

每個試驗溫度下的試驗破壞數(shù)目計算試樣破壞百分率，然后按下式求取脆化溫度：

 

試樣要求：

尺寸為長20.00mm+/-0.25mm,寬2.50mm+/-0.05mm,厚2.0mm+/-0.10mm的試樣，適用于A型測試儀器：沖頭半徑為1.6mm+/-0.1mm，鉗口半徑為4.0mm+/-0.1mm。

尺寸為長31.75mm+/-6.35mm，寬6.35mm+/-0.51mm，厚1.91mm+/-0.13mm，適用于B型測試儀器：沖頭半徑為1.6mm+/-0.1mm。

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• GB/T 5470-2008 塑料沖擊法脆化溫度的測定
• GB/T 12584-2008 橡膠或塑料涂覆織物低溫沖擊試驗

 

 

 

陸

 

線膨脹系數(shù)

 

線膨脹系數(shù)是指溫度每變化1℃，試樣長度變化值與其原始長度值之比。表示物質(zhì)在某一溫度區(qū)間的線膨脹特性的，稱為平均線膨脹系數(shù)。

 

測試儀器：熱膨脹系數(shù)測試儀

 

測試原理：

常見的有連續(xù)升溫法和兩端點溫度法。

 

連續(xù)升溫法：用低溫?zé)釞C械分析儀測定，試樣在等速升溫下，通過儀器記錄隨時間不同的伸長量和相對應(yīng)的溫度，描繪出△l-T曲線，從曲線上求出某一溫度的線膨脹系數(shù)α。

 

兩端點溫度法：將已測量原始長度的試樣裝入石英膨脹計中，然后先后插入不同溫度恒溫浴中（-30或30℃），在溫度平衡，千分表指示穩(wěn)定后，記取讀數(shù)，由試樣膨脹系數(shù)值和收縮系數(shù)值計算平均線膨脹系數(shù)α。

 

試樣要求：

橫截面可為圓形、方形或長方形，直徑或?qū)蔷€長度約10mm。α較大的材料，長度為50mm；α較小的材料，長度為100mm。

試樣可采用機械加工、模塑或澆鑄制樣。若從各向同性材料上切樣，則可隨意取三個試樣。若從各向異性材料上切樣，則應(yīng)在同一方向切取三個試樣。試樣斷面應(yīng)平整，無毛刺，并垂直于長軸。

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• GB/T 1036-89 塑料線膨脹系數(shù)測定方法

 

 

 

柒

 

熱導(dǎo)率

 

熱導(dǎo)率是表面物體熱傳導(dǎo)能力的重要參數(shù)，即單位面積單位厚度試樣的溫差為1℃時，單位時間內(nèi)通過的熱量，單位是W/(m·K)。

 

測試儀器：熱導(dǎo)率測定儀

 

測試原理：

測定方法按工作原理可分為穩(wěn)態(tài)法（穩(wěn)定熱流法）和非穩(wěn)態(tài)法（非穩(wěn)定熱流法）兩大類。

測定可通過下公式計算得出：

 

測試標(biāo)準(zhǔn)：

• GB/T 3399-1982 塑料導(dǎo)熱系數(shù)實驗方法 護熱平板法
• GB/T 3139-2005 纖維增強塑料導(dǎo)熱系數(shù)實驗方法