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如何搞清楚塑料的耐热性

不论你是销售还是工程师，当客户询问材料时常常听到一句话是：我要耐热性某某℃的材料。

表1 中列出了常用塑料的最高使用温度的数据，大家可以做一般参考。

表1 常用塑料最高使用温度参考值

不过有点遗憾的是，它们只是大家平常工作中的总结，经验数据而已。

那么我们和客户谈的时候，要以什么文件为主？要看哪个数据呢？

当然要以原厂提供的物性表为准，这是材料客观而且官方的文件，也是大家讨论的重要依据。
 

一份物性表的获得有如下途径：

1. 原厂提供

3. 搜料网

--- 手机人人都有，微信时时在用。就用手机查，就在微信里看，24小时全天候不休。我们自己的数据，随便使!
 

表2科思创模克隆Makrolon透明PC2805的物性表（部分）

由于我们本文只讨论材料的耐热性，所以就以科思创的PC材料为例，其物性表截图如表2。
 

一般的物性表中都会列出玻璃化转变温度（Tg），热变形温度（HDT），维卡软化温度（Vicat Softening Temperature）。玻璃化转变温度（Tg），每家都会有，不过后二个温度各家不同，有的只列出一个。
 

没有研究就没有发言权，在我们下结论之前，先看看这三个温度究竟内涵是什么？
 

图1非结晶高聚物的温度-形变曲线
 

玻璃化转变温度是高分子链段由不能运动到能运动的一个转折温度（图1），严格来讲该转变是一个区域，称为玻璃化转变区域。Tg以下，材料呈玻璃态，强、硬、刚、抗冲击有限；Tg以上，材料呈橡胶态，变形大，强度低，模量小。
 

测试玻璃化温度常用的方法有：热机械分析法（TMA）、差热分析法（DTA）和示差扫描量热法（DSC）三种。它们的测试方法原理不同，因而测试结果相差较大，不能相比。另外，经过退火（即加热后处理）的树脂制品，玻璃化温度会提高，这是由于制品的内应力经退火升温已经消除了的缘故。
 

热变形温度：把一定尺寸的试样放在规定跨距的支座上，在两支座中点处施加规定的负荷，形成三点式简支梁静弯曲，负荷力大小必须使试样形成指定大小的表面弯曲应力；将受荷的试样放入升温速率为 120℃/h 的油浴中，当试样中点的变形量达到规定值时， 读取其温度， 即负荷热变形温度。
 

图2热变形温度示意图
 

在非结晶性塑料中，热变形温度是表示接近于玻璃化转变温度的下限温度，所以多少可以成为实用性参考指标。但是结晶塑料中，热变形温度是表示玻璃化转变点与结晶熔点之间的温度，所以无论在理论还是在实用上都是无意义的温度，而且测定结果的偏差也很明显。该参数被用于相应地测量不同材料在短时间升温而且载负荷情况下耐受温度能力。
 

维卡软化温度是指当匀速升温时，某一负荷条件下，横截面积为 1 mm² 的标准压针刺入热塑性塑料 1mm 深时的温度。该温度反映了材料在升温装置中使用时期望的软化点， 即材料在受热和受力的情况下的耐热性能。维卡软化温度测试仅适用于热塑性硬质或半硬质塑料。
 

测试条件：（试验环境 23±2℃，50±5%RH），两种负荷（10N 和 50N）和两种升温速率条件（50℃/h 和 120℃/h）。
 

图3维卡软化温度示意图
 

玻璃化转变温度其研究对象是微观的链段，是站在高分子链结构上进行的研究。热变形温度则是针对高分子材料而言的，是高分子材料开始发生热变形的温度。 热变形温度是温度值，玻璃化转变温度是相态完全转化所对应温度，这个温度是塑料制品工作温度的上限。
 

维卡软化点也不能等同于玻璃化转变温度，很多结晶性塑料的维卡软化点温度时远远高于Tg的，PET Tg点在70-80度，PBT的 Tg点在50度左右，但是维卡软化点在170度左右；
 

维卡与热变形温度都可以作为材料的耐热性指标温度，不过维卡软化点强调的是表面的软化，一般情况下维卡温度要高于热变形温度，看产品标准规定的是哪个温度，受力面积小如针尖的测维卡软化温度，受力面积较大的测热变形温度。一般使用情况采用热变形温度的居多。
 

塑料维卡软化温度与热变形温度相似，衡量的是塑料的机械性能承受高温破坏的能力
 

塑料的加工生产主要依据熔化点和熔融指标，与维卡软化点关系不大。但维卡软化点对使用的指导意义还是比较大的，在管材行业，大家都喜欢用维卡软化点来衡量管子的耐温度能力。
 

材料的维卡软化温度虽不能直接用于评价材料的实际使用温度，但可以用来指导材料的质量控制。维卡软化温度越高，表明材料受热时的尺寸稳定性越好，热变形越小，即耐热变形能力越好，刚性越大，模量越高。
 

确保非晶体聚合物的使用温度低于Tg非常重要，这样才能获得理想的机械性能。也就是说，TG以上就不能用了，没有半点协余地。

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