实验树脂基复合材料的热变形温度测定聚合物的耐热性能，通常是指它在温度升高时保持其物理机械性质的能力。聚合物在材料在使用时要承受外力的作用，因此耐热温度是指在一定外力作用下，聚合物材料达到某一规定形变值时的温度。热变形温度是复合材料进行耐热性能表征的常用方法之一。一、实验目的1.了解热变形温度仪的结构原理，掌握热变形温度实验的测试方法；2、掌握热变形温度的实验物理意义。3.结合树脂基复合材料的耐热性知识，分析复合材料耐热性的基本因素。二、实验内容测试环氧树脂样条的热变形温度。三、实验原理热变形温度（HeatDistortionTemperature），全称负荷热变形温度，英文缩写为HDT，是高分子材料在液体传热介质中，在等速升温下，受简支梁式的静弯曲负荷作用下，试样弯曲形变达到规定值时的温度。它是一个表达被测物的受热与变形之间关系的量度。热变形温度可作为控制产品质量和鉴定新品种耐热性能的一个指标。但因其值仅是在测试方法规定的载荷大小、施加方式、升温速率下达到规定变形量时的温度，不代表其使用温度。需要注意的是不同的负荷值所确定的热变形温度值是不同的，而且没有可比性，所以测定热变形温度值一定要指出所用规定负荷数值（即所采用的标准）。测量热变形温度的标准很多，现在常见的有：中国国标（GB）、美国材料试验学会标准（ASTM）、国际标准化组织标准（ISO）、欧共体标准等，由于各标准所规定的测试方法、单位系统等有所区别，所以测试结果也有所不同的。此外，热变形温度指标是工程上用来表征材料耐热性能的物理量。随着温度的提高，高分子一类材料的变形增大，当达到某一规定变形量时的温度越高，表示该材料的耐热性越好。热变形温度与玻璃化温度（Tg）不同，前者是工程性质；而Tg是表征高分子分子结构运动的一个转变温度，具有科学性质。一
1 实验 树脂基复合材料的热变形温度测定 聚合物的耐热性能，通常是指它在温度升高时保持其物理机械性质的能力。 聚合物在材料在使用时要承受外力的作用，因此耐热温度是指在一定外力作用下， 聚合物材料达到某一规定形变值时的温度。热变形温度是复合材料进行耐热性能 表征的常用方法之一。 一、实验目的 1.了解热变形温度仪的结构原理,掌握热变形温度实验的测试方法； 2、掌握热变形温度的实验物理意义。 3.结合树脂基复合材料的耐热性知识,分析复合材料耐热性的基本因素。 二、实验内容 测试环氧树脂样条的热变形温度。 三、实验原理 热变形温度（Heat Distortion Temperature），全称负荷热变形温度，英文缩写 为 HDT，是高分子材料在液体传热介质中，在等速升温下，受简支梁式的静弯 曲负荷作用下，试样弯曲形变达到规定值时的温度。它是一个表达被测物的受热 与变形之间关系的量度。热变形温度可作为控制产品质量和鉴定新品种耐热性能 的一个指标。但因其值仅是在测试方法规定的载荷大小、施加方式、升温速率下 达到规定变形量时的温度，不代表其使用温度。 需要注意的是不同的负荷值所确定的热变形温度值是不同的，而且没有可比 性，所以测定热变形温度值一定要指出所用规定负荷数值（即所采用的标准）。 测量热变形温度的标准很多，现在常见的有：中国国标（GB）、美国材料试验学 会标准（ASTM）、国际标准化组织标准（ISO）、欧共体标准等，由于各标准所 规定的测试方法、单位系统等有所区别，所以测试结果也有所不同的。 此外，热变形温度指标是工程上用来表征材料耐热性能的物理量。随着温度 的提高，高分子一类材料的变形增大，当达到某一规定变形量时的温度越高，表 示该材料的耐热性越好。热变形温度与玻璃化温度（Tg）不同，前者是工程性质； 而 Tg 是表征高分子分子结构运动的一个转变温度，具有科学性质
四、实验仪器和试样1、实验仪器本实验采用SWB-300维卡软化点&负荷热变形温度测定仪。热变形温度测定仪由保温浴槽、测试单元（包括加载装置、计量变形装置、温度控制系统）、电脑和接口箱组成，如图1所示。10-图1热变形温度试验装置图1-负荷，2-百分表，3-温度计，4-负载杆及压头，5-支架，6-液态介质，7-试样，8-试样高，9-试样宽，10-搅拌器加热浴槽选择对试样无影响的传热介质一甲基硅油，室温时粘度较低。内设加热器和导流式搅拌器。温度控制器可设置升温速率及上限温度。测试单元依靠支座，搁置在油槽面板上，测试部分浸没在浴槽的加热介质中。测试板通过四根支柱，与支座固定定位，试样搁置在测试板的两根圆柱形隔条上，变形压头正好压在试样的中间位置，码通过负载杆对试样施加垂直负载，检测位移的位移传感器的测量头则正好抵在负载杆的顶端。当浴槽介质温度升高，试样开始受热受压变形，负载杆下移，位移传感器即将下移数据通过接口箱发送至电脑。2、试样（1）平放法试样试样尺寸：（80±2.0）mm×（10±0.2）mm×（4±0.2）mm，其中高度（垂直方向）为4（±0.2）mm。（2）侧立法试样试样尺寸：（120土10）mm×（9.8~15）mm×（3.0~4.2）mm，其中高度（垂直方向）为（9.8~15）mm。2
2 四、实验仪器和试样 1、实验仪器 本实验采用SWB-300维卡软化点&负荷热变形温度测定仪。热变形温度测定仪 由保温浴槽、测试单元（包括加载装置、计量变形装置、温度控制系统）、电脑 和接口箱组成，如图1所示。 图 1 热变形温度试验装置图 1-负荷，2-百分表，3-温度计，4-负载杆及压头，5-支架， 6-液态介质，7-试样，8-试样高，9-试样宽，10-搅拌器 加热浴槽选择对试样无影响的传热介质－甲基硅油，室温时粘度较低。内设 加热器和导流式搅拌器。温度控制器可设置升温速率及上限温度。测试单元依靠 支座，搁置在油槽面板上，测试部分浸没在浴槽的加热介质中。测试板通过四根 支柱，与支座固定定位，试样搁置在测试板的两根圆柱形隔条上，变形压头正好 压在试样的中间位置，砝码通过负载杆对试样施加垂直负载，检测位移的位移传 感器的测量头则正好抵在负载杆的顶端。当浴槽介质温度升高，试样开始受热受 压变形，负载杆下移，位移传感器即将下移数据通过接口箱发送至电脑。 2、试样 （1）平放法试样 试样尺寸：（80±2.0）mm×（10±0.2）mm×（4±0.2）mm，其中高度（垂 直方向）为 4（±0.2）mm。 （2）侧立法试样 试样尺寸：（120±10）mm×（9.8～15）mm×（3.0～4.2）mm，其中高度（垂 直方向）为（9.8～15）mm
试样表面应无扭曲，相邻表面应相互垂直。所有表面和棱边均无划痕、麻点、凹痕、飞边、凸边、气泡等缺陷。本实验采用试样放置侧立法，试样尺寸为mmXmmXmm.2、实验条件（1）荷重的选取可以根据试祥的尺寸，按附表选择负荷力，对于表格中没有的试样尺寸，可用下公式计算。F_ 2o-b-h?3L式中：F：所需的负荷力（N）0：标准规定的弯曲应力，即：A法：1.8N/mm；B法：0.45N/mmb：试祥宽度（mm)h：试祥高度（mm）L：两支点间距离（mm），本仪器隔条中心距离为64mm。M =1000F/9.8式中：M：码重量（g）（2）升温速率：120℃/hr（3）弯曲变形量：0.08mm五、实验步骤1、接通电源。2、（按”△”键），升起试样架。提起负载杆，将试样条放置在隔条上，放下负载杆，使压头位于试样中心。3、（按"√”键），将试样架浸入油浴槽中。4、在电脑上打开热变形温度测试软件，按实验要求设置参数，计算荷重并选择码，小心地将码叠放至负载杆上，随后将位移检测针触点置于负载杆上并固定。3、在电脑上点击启动实验，在温度控制器上按下“\”开始实验。4、当曲线记录显示弯曲变形量达到0.08mm时，接口箱蜂鸣器响，测试结束，加热器停止工作。此时曲线显示的温度即为该试样在本实验条件下的热变形温3
3 试样表面应无扭曲，相邻表面应相互垂直。所有表面和棱边均无划痕、麻点、 凹痕、飞边、凸边、气泡等缺陷。 本实验采用试样放置侧立法，试样尺寸为 mm× mm× mm。 2、实验条件 （1）荷重的选取 可以根据试祥的尺寸,按附表选择负荷力,对于表格中没有的试样尺寸,可用 下公式计算。 L b h F 3 2 2 = 式中：F：所需的负荷力（ N） σ：标准规定的弯曲应力,即：A 法：1.8N/mm2；B 法：0.45 N/mm2 b：试祥宽度(mm) h：试祥高度 (mm) L：两支点间距离（mm），本仪器隔条中心距离为 64mm。 M ＝1000F/9.8 式中：M：砝码重量（g） （2）升温速率：120℃/hr （3）弯曲变形量：0.08mm 五、实验步骤 1、接通电源。 2、（按 "△" 键） , 升起试样架。提起负载杆，将试样条放置在隔条上，放 下负载杆，使压头位于试样中心。 3、（按 "▽" 键 ）,将试样架浸入油浴槽中。 4、在电脑上打开热变形温度测试软件，按实验要求设置参数，计算荷重并选择 砝码，小心地将砝码叠放至负载杆上，随后将位移检测针触点置于负载杆上并固 定。 3、在电脑上点击启动实验，在温度控制器上按下“ ”开始实验。 4、当曲线记录显示弯曲变形量达到0.08mm时，接口箱蜂鸣器响，测试结束，加 热器停止工作。此时曲线显示的温度即为该试样在本实验条件下的热变形温
度。5、保存测试结果。6、冷却油浴温度在150℃以上时，通压缩空气（气泵）或氮气（用氮气瓶）冷却，但要注意气压不许超过490KPa。150℃以下时，用普通水冷却即可。7、将码取下放回码盒中。8、关机。六、注意事项1、所有连线一定要连接正确，检查无误后开机。2、在试验进行中，特别是材料已经变形后，不能停止试验，否则影响试验数据。3、在试样安装或取出时，注意不要将试样掉进油池内，若掉入，一定要取出后再进行试验，否则会损坏测温元件，造成损失。4、要定期检查加热介质液面位置变化，保证油面到规定的位置。5、装卸砖码时，要将变形传感器探头移开，以免将探头碰回。6、设备工作在高温状态，需注意烫伤。七、数据处理将测试曲线打印附图。八、思考题1.热变形温度与热机械曲线（拉伸、弯曲、压缩、扭转、针入）有哪些相同之处和不同之处？2.热变形温度试验规定了升温速度，升温速度对试验结果有什么影响？3.起始温度和油浴粘度对试验结果有什么影响？4、影响复合材料耐热性的因素5、加热油浴的粘度、起始温度、纤维增强体量对热变形温度的影响？6、HTD和Tg的区别4
4 度。 5、保存测试结果。 6、冷却 油浴温度在150℃以上时，通压缩空气（气泵）或氮气（用氮气瓶）冷却， 但要注意气压不许超过490KPa。150℃以下时,用普通水冷却即可。 7、将砝码取下放回砝码盒中。 8、关机。 六、注意事项 1、所有连线一定要连接正确，检查无误后开机。 2、在试验进行中，特别是材料已经变形后，不能停止试验，否则影响试验 数据。 3、在试样安装或取出时，注意不要将试样掉进油池内，若掉入，一定要取 出后再进行试验，否则会损坏测温元件，造成损失。 4、要定期检查加热介质液面位置变化，保证油面到规定的位置。 5、装卸砖码时，要将变形传感器探头移开，以免将探头碰回。 6、设备工作在高温状态，需注意烫伤。 七、数据处理 将测试曲线打印附图。 八、思考题 1.热变形温度与热机械曲线（拉伸、弯曲、压缩、扭转、针入）有哪些相同 之处和不同之处? 2.热变形温度试验规定了升温速度，升温速度对试验结果有什么影响? 3.起始温度和油浴粘度对试验结果有什么影响? 4、影响复合材料耐热性的因素 5、加热油浴的粘度、起始温度、纤维增强体量对热变形温度的影响？ 6、HTD和Tg的区别
附表1：码选配表g=450KPa试样尺寸负荷(N)码选配bxhmm负载杆3×9.80.8653×12.8负载杆+托盘+20g十10g+lg1.4773×152.034负载杆十托盘十F+20g+10g+5g负载杆+托盘4.2×9.81.2134.2×12.82.068负载杆+托盘+F+20g十10g+5g+2g+2g+lg4.2×152.706负载杆+托盘十E十F+10g+5g+lg6x154.06负载杆+托盘十D十2g十lg+F十20g十10g+5g十2g8x155.415负载杆+托盘+2D+20g+5g十2g+2g10×156.767负载杆+托盘+C+F+10g+5g+2gg=1800KPa3.482负载杆+托盘+D+20g+10g+1g3×9.85.941负载杆+托盘+C+1g3×12.83×158.158负载杆+托盘+C+D+5g+2g+lg负载杆+托盘+D+E+F+20g+2g+1g4.2×9.84.875负载杆+托盘+C+D+20g+5g8.3204.2×12.84.2×1510.878负载杆+托盘+B+F8×1521.756负载杆十托盘+A+F+20g+10g+5g10×1527.195负载杆+托盘+A+C+E+F负载杆托盘负荷构成RcDEF40g盒装A质量(g)88.3535.35200010005002001005040g5
5 附表1：砝码选配表 ＝450KPa 试 样 尺 寸 bhmm 负荷(N) 砝 码 选 配 3×9.8 0.865 负载杆 3×12.8 1.477 负载杆+托盘+20g十l0g+lg 3×15 2.034 负载杆十托盘十F+20g+10g+5g 4.2×9.8 1.213 负载杆+托盘 4.2×12.8 2.068 负载杆+托盘+F+20g十10g+5g+2g+2g+lg 4.2×15 2.706 负载杆+托盘十E十F+10g+5g+lg 6×15 4.06 负载杆+托盘十D十2g十lg+F十20g十l0g+5g十2g 8×15 5.415 负载杆+托盘+2D+20g+5g十2g+2g 10×15 6.767 负载杆+托盘+C+F+10g+5g+2g ＝1800KPa 3×9.8 3.482 负载杆+托盘+D+20g+l0g+1g 3×12.8 5.941 负载杆+托盘+C+1g 3×15 8.158 负载杆+托盘+C+D+5g+2g+lg 4.2×9.8 4.875 负载杆+托盘+D+E+F+20g+2g+1g 4.2×12.8 8.320 负载杆+托盘+C+D+20g+5g 4.2×15 10.878 负载杆+托盘+B+F 8×15 21.756 负载杆十托盘+A+F+20g+l0g+5g 10×15 27.195 负载杆+托盘+A+C+E+F 负荷构成 负载杆 托盘 A B C D E F 40g盒装 质量(g) 88.35 35.35 2000 1000 500 200 100 50 40g
附表2试样高度变化时相应变形量的变化表试样高度变化时相应变形量的变化表试样高度h相对变形量试样高度h相对变形量(mm)(mm)(mm)(mm)0.330.269.8~9.912.4~12.70.320.2510.0~10.312.8~13.20.310.2410.4~10.613.3~13.70.300.2310.7~10.913.8~14.70.290.2211.0~11.414.2~14.60.280.2111.5~11.914.7~15.00.2712.0~12.36
6 附表2 试样高度变化时相应变形量的变化表 试样高度变化时相应变形量的变化表 试样高度 h （mm） 相对变形量 （mm） 试样高度 h （mm） 相对变形量 （mm） 9.8~9.9 0.33 12.4~12.7 0.26 10.0~10.3 0.32 12.8~13.2 0.25 10.4~10.6 0.31 13.3~13.7 0.24 10.7~10.9 0.30 13.8~14.7 0.23 11.0~11.4 0.29 14.2~14.6 0.22 11.5~11.9 0.28 14.7~15.0 0.21 12.0~12.3 0.27