第六章 热性能,第一节 热稳定性,一、尺寸稳定性,尺寸稳定性指材料在受机械力、热、水分及其他外界条件作用下，其外形尺寸不发生变化的性质 对于塑料和纤维等高分子材料的应用十分重要 由于聚合物具有蠕变特性，即在一定温度和较小的恒定外力(包括自身的质量)作用下，材料的形变随时间而逐渐增加，故作为受力作用的结构材料（如工程塑料），要求具有较小的蠕变性能，以保持制品的尺寸稳定性下面以GB/T 12027-2004规定的薄膜和薄片加热尺寸变化率试验方法为例，介绍塑料尺寸稳定性的测试方法 该标准规定了塑料薄膜和薄片加热时纵向和横向尺寸变化测定的试验方法，适用于厚度小于1mm的热收缩或非热收缩的塑料薄片尺寸变化的测定,1．试验原理 通过分别测定各试样纵向和横向上两个规定长度标记间的初始长度； 试样放在烘箱内高岭土床上按规定温度和时间加热； 试样冷却后再次测量纵向和横向的标记间长度并计算尺寸变化，计算尺寸变化，了解尺寸稳定性 2．试验装置 空气循环烘箱、金属容器、测温装置、量具、秒表3．试样 制备3块试样，从薄膜或薄片的中部和两边各取一块约120mm×120mm试样，裁取试样时应距薄膜或片边缘至少50mm。
试样尺寸和标记长度,4.试验步骤 ①将包括高岭土床的金属容器放入烘箱中，控制温度使高岭土床达到规定温度 ②加热时间：非热收缩薄膜或薄片加热时间为5 min，热收缩或热成型薄膜或薄片加热时间为30 min ③标记试样的纵向(机械的)和横向，在试样中间标记纵向和横向的初始长度(L0和T0) ④试样平展放在高岭土床上，上面用薄薄一层高岭土盖上，在材料所要求的时间内保持规定的温度 ⑤加热结束后从高岭土床中取出试样，在与试样状态调节同样的环境下保持至少30 min，再次测量标记间长度(L和T)5.结果表述 计算每块试样纵向和横向标记间长度的变化值与初始长度的百分比 △L=(L-L0)×100/L0 △T=（T-T0）×100/T0 式中： L0 ,T0，初始标记间长度，mm； L,T，加热后标记间长度，mm； △L和△T可能为正或负，正值和负值分别表示薄膜或片的伸长或缩短二、收缩率测定,高分了材料制品的体积缩小的现象； 这种收缩如发生在成型时为成型收缩，若发生在成塑后，则为后收缩； 用长度的变化表示收缩率； 成型收缩率用金属模的尺寸与同一温度下冷却成型制品的尺寸差除以金属模的尺寸来表示；,在热塑性塑料材料注塑时，模塑件与相应的型腔尺寸间的差异随模具设计和模具使用的不同而变化。
模塑收缩率和模塑后收缩率是由于材料的结晶、材料的松弛(如解取向)以及热塑性塑料和模具的热收缩而产生的 模塑后收缩率也可能受所处环境湿度的影响 模塑收缩率和模塑后收缩率的测定有助于热塑性塑料间的比较及检查生产的均一性 在生产具有精确尺寸的制品时，收缩率的信息对选择适用的模塑材料是重要的GB/T17037.4-2003规定了热塑性塑料材料注塑试样，在平行和垂直于熔体流动方向上的模塑收缩率和模塑后收缩率的测定方法 HG/T2625-1994规定了环氧浇铸树脂线性收缩率的测定方法1．术语和定义： 模塑收缩率：试验室温度下测量的干燥的试样和模塑它的模具型腔之间的尺寸差异 模塑后收缩率：试验室温度下测量的模塑收缩率，测定后又经后处理的试样在后处理前后的尺寸差异 总收缩率：试验室温度下测量的模塑后处理之后的试样与模塑它的模具型腔之间的尺寸差异2．模塑收缩率的测定步骤 （1）测量模具对边的参考点处型腔的长度和宽度 可以是对边中点、浇口末端与对边中点、边棱中点或模具型腔内的参考标记，记录这些数据，用于收缩率计算 （2）在与型腔尺寸测量相对应位置测量试样长度和宽度 在测量试样尺寸之前，将试样放在一个平面上或靠在一个直边上以检查试样是否有变形，任何试样，变形高度(超出平面的变形量)超过2mm时，均应废弃。
（3）模塑收缩率测定后试样的处理 试样模塑收缩率测定后至模塑后收缩率测定前试样的处理条件（温度、湿度或其他环境）应采用相关材料标准的规定或按有关双方商定的条件 （4）模塑后收缩率的测定，再次测量试样3．测试结果 （1）模塑收缩率 平行和垂直于熔体流动方向的模塑收缩率分别按式(6-3)和式(6-4)计算，以百分数表示 （2）模塑后收缩率 平行和垂直于熔体流动方向的模塑后收缩率分别按式(6-5)和式(6-6)计算，以百分数表示 （3）总收缩率 平行和垂直于熔体流动方向的总收缩率分别按式(6-7)和式(6-8)计算，以百分数表示 模塑收缩率、模塑后收缩率和总收缩率之间的相互关系见式(6-9),三、线膨胀系数测定,线胀系数指固体长度随温度变化时的相对变化率，是温度每变化1℃材料长度变化的百分率 平均线膨胀系数表示材料在某一温度区间的线膨胀特性 高聚物的线膨胀系数一般为10-4(℃)-1数量级 下面介绍使用石英膨胀计对线膨胀系数大于1×10-6℃-1的塑料材料线膨胀系数的测定方法（GB/T 1036-2008）,1．测试原理 是将已测量原始长度的试样装入石英膨胀计中，然后将膨胀计先后插入不同温度的恒温浴内，在试样温度与恒温浴温度平衡，测量长度变化的仪器指示值稳定后，记录读数，由试样膨胀值和收缩值，即可计算试样的线膨胀系数。
标准所规定得-30℃～+30℃为通用测定温度 若材料在规定的测定温度范围内存在相转变点，或玻璃化转变点，则应在转变点以上和以下分别测定其线膨胀系数，以免引起过大的测试误差2．测试仪器,低温膨胀系数测定仪,3．测试用的试样 试验样品，应力以及各向异性最小，可通过机加工、模塑或浇铸等方法制备试样还应进行状态调节 一般，如果温度很好控制，试样越长，测试设备的灵敏度越高，测量结果精度越高 4. 测试方法 （1）测量两个状态调节后的试样； （2）将铁片粘在试样底端重新测量试样的长度； （3）每个试样放入-30℃的环境中待测量仪读数稳定5min～10min后，记录 （4）将石英膨胀计放入30℃的环境中，待测量仪读数稳定5min～10min后，记录 （5）测量试样在室温下的最终长度5.线膨胀系数计算 试样的平均每摄氏度的线膨胀系数按下式计算： α=⊿L/L0⊿T 式中： α，平均每摄氏度的线膨胀系数，℃-1； ⊿L，加热或冷却时试样的膨胀和收缩值，m； L0，试样在室温下原始长度，m； ⊿T，测试样品的两个恒温浴的差值，℃ 另外，对于硬质泡沫塑料在低于环境温度线膨胀系数的测定，可以参考GB/T 20673-2006的测试方法； 对纤维增强塑料平均线膨胀系数试验方法可以参考GB/T 2572-2005规定的测试方法。
四、软化温度测定,软化温度是指高聚物试样达到一定的形变数值时的温度,此时材料开始变形，力学性能降低 高聚物材料多数没有敏锐的熔点，而是在某一温度范围开始慢慢软化 软化温度测定的方法都是在某一指定的应力及条件下（如一定试样大小、一定的升温速度和施力方式等）进行的 通常以马丁耐热温度、维卡耐热温度、弯曲负荷热变形温度(简称热变形温度)来表示1．马丁耐热,GB1035-70“塑料耐热性(马丁)试验方法”定义在升温速度为50℃±3℃/h，且平均为10℃±2℃/12分钟的条件下，以悬臂梁式弯曲力矩为50±0.2Kg/cm2的弯曲力作用于试样上，当固定于试样上端长240mm的横杆顶端指示器下降6mm时的温度 现行硬质橡胶的马丁耐热温度测定的标准是GB/T 1699-2003 目前，塑料测试已不采用这种方法马丁耐热试验仪 （1．变形指示器；2．重锤；3．横杆；4．试样；5．底座）,2.维卡耐热温度,用面积为1mm2的圆柱形压针，垂直插入试样中（试样厚度大于3mm，长、宽大于10mm），在液体传热介质中，以5±0.5℃/6min或12±1℃/6min的速度等速升温，并在压入负荷为5Kg或1Kg的条件下，当圆柱形针压入试样1mm时的温度，称为该材料的维卡软化点（以摄氏温度表示）。
1）试验仪器,（2）试验方法 ①将试样未加负荷的压针头下，将组合件放入加热装置中； ②5min后，将足量砝码加到负荷板上，记录千分表的读数(或其他测量压痕仪器)或将仪器调零； ③以50℃/h±5℃/h或120℃/h±10℃/h的速度匀速升高加热装置的温度 ④当压针头刺入试样的深度超过规定起始位置1mm±0.01mm时，记下传感器测得的油浴温度 另外，GB/T 8802-2001对热塑性塑料管材、管件 维卡软化温度的测定做了规定3．弯曲负荷热变形温度（即热变形温度）,随着试验温度的增加，试样挠度达到标准挠度值时的温度 通用试验方法GB/T 1634.1-2004规定了测定塑料负荷（三点加荷下的弯曲应力）变形温度的方法 其中第1部分规定了通用试验方法 第2部分对塑料、硬橡胶和长纤维增强复合材料规定了具体要求 第3部分对高强度热固性层压材料规定了具体要求1）基本术语 ①弯曲应变（εf），试样跨度中点外表面单位长度的微小的用分数表示的变化量，以无量纲比值或百分量(%)表示 ②弯曲应变增量（⊿εf），在加热过程中产生的所规定的弯曲应变增价量，以百分量(%)表示 ③挠度（s），在弯曲过程中，试样跨度中心的顶面或底面偏离其原始位置的距离，以毫米(mm)为单位。
④负荷变形温度（Tf），随着试验温度的增加，试样挠度达到标准挠度值时的温度,以摄氏度(℃)为单位2）测试设备,（2）试样形状和尺寸 试样应是横截面为矩形的样条，其长度l、宽度b、厚度h应满足lbh，尺寸80×10×4mm 试样应无扭曲，其相邻表面应互相垂直，所有表面和棱边均应无划痕 （3）试验步骤 至少应进行两次试验，每个试样只应使用一次 将加荷装置放入热浴中，对试样加压； 让力作用5min后，记录挠曲测量装置读数； 以(120±10)℃/h的均匀速率升高热浴的温度，记下样条初始挠度净增加量达到标准挠度时的温度五、导热系数测定,导热系数（又称导热率）是反映材料热性能的重要物理量，导热系数大、导热性能好的材料称为良导体，导热系数小、导热性能差的材料称为不良导体 测量导热系数的实验方法一般分为稳态法和动态法两类 GB/T 3399-1982规定了利用护热平板法进行塑料导热系数试验的方法 另外，GB/T 3139-2005规定了纤维增强塑料导热系数试验方法1.测试原理 导热系数测定方法是基于单向稳定导热原理 当试样上、下两表面处于不同的稳定温度下，测量通过试样有效传热面积的热流及试样两表面间温差和厚度，计算导热系数。
2．基本术语： ①热流（Φ），单位时间通过某一表面的热量，以w计 ②热流密度（q），单位时间通过某一表面单位面积的热量，以w/mm2计 ③导热系数（λ），在稳定条件下，垂直于单位面积方向的每单位温度梯度通过单位面积上的热流以w/（m.K）计试验设备示意图 （1.冷却水套；2.冷板；3.试样；4.主加热板；5.绝热材料；6.护加热板；7.绝热材料；8.底加热板）,4．测试方法 沿试样四周至少测量四处的厚度，取其算术平均值，作为试验前试样厚度； 将状态调节过的试样，放入仪器冷热板之间，使试样与冷热板紧密接触； 使冷热板维持恒定的温度，保持所选定的温度差； 主加热板和护加热板温差小于±0.1K时，认为温度达到平衡；当在加热功率不变条件下，主加热板温度波动每小时不超过±0.1K时，认为达到稳态； 每隔30min连续三次测量通过有效传热面的热流、试样两面温差，算出导热系数 各次测定值与平均值之差小于1%时，结束试验 试验完毕再测定试验后试样厚度第六章 热性能,第二节特征温度测定,一、熔点测定,广义的熔点是指物质从晶态转变为液态的温度 结晶高聚物的熔化，在通常的升温速率下不呈现明确的熔点，而出现一个覆盖一小段温度范围的熔程。
在极缓慢的升温速率下，高聚物的熔化过程出现类似于低分子结晶熔化的跃变，在这种条件下测出的熔点称为该聚合物的平衡熔点，即理论的、客观的完全晶体的熔。