王 忠

(中國合格評定國家認可委員會, 北京 100021)

通用塑料指的是力學性能較差，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[2-4]，用來評價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熱的抵抗能力，該能力會隨溫度變化速率、受熱形式及時間、試樣承受壓力的改變而有所變化。目前已有文獻研究了熱處理條件、注塑工藝等對ABS熱變形溫度測試的影響[5]，但在標準更新后，測試條件的變化對于熱變形溫度測試結(jié)果影響的研究較少。

熱變形測試標準參考了GB/T 1634.1—2019 《塑料 負荷變形溫度的測定 第1部分：通用試驗方法》和GB/T 1634.2—2019 《塑料 負荷變形溫度的測定 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)放方式進行測試，標準中沒有說明試樣放置方法對測試結(jié)果的影響，而不同方法間的切換必然影響到技術(shù)指標的設定[6]。

為了研究不同測試方法間的差異，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試樣的放置方法、尺寸、載荷等因素進行分析，并對不同測試方法的結(jié)果差異進行了對比，為通用塑料熱變形溫度的準確測定提供指導。

1 試驗方案

1.1 試驗原理

標準試樣以平放或側(cè)放的方法承受三點彎曲恒定載荷(1.80，0.45，8.00 MPa)，使其產(chǎn)生相應的彎曲應力，在勻速升溫(升溫速率為120 ℃/h)的條件下，測量達到與規(guī)定彎曲應變增量相對應的標準撓度時的溫度。

1.2 試驗參數(shù)

采用熱變形維卡試驗機進行試驗，試樣放置方法如圖1所示，具體試驗參數(shù)[6]如表1所示。

圖1 試樣放置方法現(xiàn)場

表1 不同試樣放置方法的試驗參數(shù) mm

1.3 試驗材料

GB/T 1634.2—2019標準中提到：非結(jié)晶塑料的試驗結(jié)果相差2 ℃以上，部分結(jié)晶塑料的試驗結(jié)果相差5 ℃以上時，應重新進行試驗。由此可知：非結(jié)晶塑料和部分結(jié)晶塑料在測試過程中的表現(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]，為了確保測試結(jié)果的可靠性和通用性，更好地為研發(fā)和生產(chǎn)測試提供依據(jù)，每類材料中又分別選擇了幾種填充類和增強類塑料進行測試，試驗材料如表2所示。

表2 試驗材料

1.4 試驗步驟

方案一：測試過程中,將達到規(guī)定彎曲應變增量相對應的標準撓度設置為0.33 mm，平放試樣尺寸為80 mm×10.0 mm×4.1 mm(長×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)的彎曲應力作用下，研究使用平放和側(cè)放兩種放置方法對熱變形溫度的影響。

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

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 非結(jié)晶材料平放和側(cè)放測試結(jié)果間的差異

依據(jù)標準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：對于非結(jié)晶材料ABS和HIPS，在標準撓度均為0.33 mm，且同一載荷下，側(cè)放與平放的測試結(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)一的標準撓度(0.33 mm)、不同的載荷條件下測試，可以看出：非結(jié)晶材料的測試結(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)放測試結(jié)果間的差異

依據(jù)標準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，測試部分結(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，這主要是因為高分子的熱鏈運動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，在相同標準撓度、相同載荷的情況下，不同放置方法對熱變形溫度的測試結(jié)果也存在一定規(guī)律，非玻璃纖維增強體系試樣側(cè)放比平放時的熱變形溫度高，而對于玻璃纖維增強體系，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，進一步說明了玻璃纖維相對滑石粉對于載荷的敏感性。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)一標準撓度(0.33 mm)、不同載荷得到的熱變形溫度測試結(jié)果有以下規(guī)律：載荷越大，熱變形溫度測試結(jié)果越小。對于玻璃纖維和非玻璃纖維增強體系，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 不同標準撓度(變形量)對熱變形溫度測試結(jié)果的影響

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

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

標準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種試樣厚度對應的標準撓度分別為0.33，0.34，0.35 mm時，利用4種改性材料(HF-606、HR-527A、GFAS-30、PP-36370)分別進行熱變形溫度測試，具體結(jié)果如表8所示。

表8 不同標準撓度對4種改性材料的熱變形溫度測試結(jié)果 ℃

從表8可知：放置方法(平放)相同、載荷相同、標準撓度不同時，同一材料的熱變形溫度基本一致。在測試過程中，不同人員測試的試樣尺寸稍有差異，也不會對熱變形溫度的測試結(jié)果產(chǎn)生較大影響。

3 結(jié)論

(1) 對于非結(jié)晶材料ABS和HIPS，相同標準撓度、相同載荷下，側(cè)放的測試結(jié)果與平放的測試結(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)一標準撓度(0.33 mm)，不同載荷測試時，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) 對于部分結(jié)晶材料PP來說，同樣的測試方法下，添加了玻璃纖維PP材料的熱變形溫度測試結(jié)果有明顯升高；在相同標準撓度、相同載荷條件下，側(cè)放的熱變形溫度測試結(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、相同標準撓度，載荷越大，結(jié)果越低；方法A、方法B、方法C間的差異對于玻璃纖維填充體系更為敏感。

(3) 對相同的試樣，使用平放的放置方法，彎曲應力為1.80 MPa時，在不同的標準撓度下，熱變形溫度測試結(jié)果一致性較好。