|
|
<B>熱固性樹脂溫度指標(biāo)的辨析</B><B><p></p></B></P>
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣，但是對于作為樹脂基復(fù)合材料主體材料樹脂的很多性能概念人們還是混淆不清，不能很好的利用各種樹脂的特性為人們服務(wù)，特別是各種溫度指標(biāo)特性的了解。熱固性樹脂的溫度指標(biāo)很多，例如：熱變形溫度、馬丁耐熱、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、絕緣耐熱等級、熱扭轉(zhuǎn)溫度、脆化溫度、失強(qiáng)溫度等，我們在本文中就著重對樹脂的熱變形溫度、馬丁耐熱、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、絕緣耐熱等級以及耐腐蝕使用溫度五個溫度概念辨析，而對其它概念就不一一加以贅述，幫助人們在使用過程中理清頭緒，正確選擇樹脂，有效應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。<p></p></P>
1. 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度</P>
熱固性樹脂固化物均是線性非晶相高聚物，線性非晶相高聚物由于溫度改變（在一定應(yīng)力下）可呈現(xiàn)三種力學(xué)狀態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)（見圖2-1）：</P>
</P>
圖3-1 線性非晶相高聚物形變—溫度曲線</P>
A- 玻璃態(tài)；B-過渡區(qū)；C-高彈態(tài)（橡膠態(tài)）；D-粘流態(tài)</P>
Tb-脆化溫度；Tg-玻璃化溫度；Tf-流動溫度；Td-分解溫度</P>
當(dāng)溫度較高時，大分子和鏈段都能進(jìn)行熱運(yùn)動。這時高聚物成為粘流態(tài)，受外力作用時，分子間相互滑動而產(chǎn)生形變；除去外力后，不能回復(fù)原狀，所以形變是不可逆的，這種形變稱為粘性流動形變或塑性形變，出現(xiàn)這種形變的溫度稱為流動溫度Tf，這種狀態(tài)成為粘流態(tài)（又叫塑性態(tài)）。如果把處于粘流態(tài)的高聚物逐漸降低溫度。粘度也就逐漸增大，最后呈彈性狀態(tài)，加應(yīng)力時產(chǎn)生緩慢的形變，解除外力后又能緩慢地回復(fù)原狀，這種狀態(tài)叫高彈態(tài)。當(dāng)溫度繼續(xù)下降，高聚物變得越來越硬，在外力作用時只產(chǎn)生很小的形變這種狀態(tài)叫玻璃態(tài)。熱固性樹脂固化物是在玻璃態(tài)使用的，所以Tg愈高愈好，也是衡量樹脂耐熱性的一個指標(biāo)。如：898高交聯(lián)環(huán)氧乙烯基樹脂的Tg=190℃，就具有高耐熱性，在煙氣脫硫工業(yè)中可以承受200℃的高溫。<p></p></P>
測量玻璃化溫度常用的方法有：熱機(jī)械分析法（TMA）、差熱分析法（DTA）和示差掃描量熱法（DSC）三種。它們的測試方法原理不同，因而測試結(jié)果相差較大，不能相比。</P>
另外，經(jīng)過退火（即加熱后處理）的樹脂制品，玻璃化溫度會提高，這是由于制品的內(nèi)應(yīng)力經(jīng)過退火升溫已經(jīng)消除了的緣故。</P>
2. 熱變形溫度和馬丁耐熱</P>
2.1熱變形溫度</P>
熱變形溫度（全稱負(fù)荷熱變形溫度，英文縮寫：HDT）是指對浸在120℃/h的升溫速率升溫的導(dǎo)熱的液體介質(zhì)中的一定尺寸的矩形樹脂試樣施以規(guī)定負(fù)荷（1.81N/mm2或0.45 N/mm2），試樣中點(diǎn)的變形量達(dá)到與試樣高度相對應(yīng)的規(guī)定值時的溫度。需要注意：不同的負(fù)荷值所確定的熱變形溫度值是不同的，而且沒有可比性，所以測定熱變形溫度值一定要指出所用規(guī)定負(fù)荷數(shù)值（即所采用的標(biāo)準(zhǔn)）。熱變形溫度是衡量塑料（樹脂）耐熱性的主要指標(biāo)之一，現(xiàn)在世界各地的大部分塑料（樹脂）產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)中，都有熱變形溫度這一指標(biāo)作為產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)，但它不是最高使用溫度，最高使用溫度是應(yīng)根據(jù)制品的受力情況及使用要求等綜合因素來確定。</P>
測量熱變形溫度的標(biāo)準(zhǔn)很多，國內(nèi)現(xiàn)在常見的有：中國國標(biāo)（GB）、美國材料試驗(yàn)學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)（ASTM）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)（ISO）、歐共體標(biāo)準(zhǔn)等，由于各標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的測試方法、單位系統(tǒng)等有所區(qū)別，所以測試結(jié)果也有所不同的。例如：國外某知名品牌酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂產(chǎn)品熱變形溫度ASTM測試典型值：149-154 ℃, GB實(shí)測值：137℃；898樹脂GB實(shí)測值：155℃。</P>
2.2馬丁耐熱</P>
馬丁耐熱試驗(yàn)方法是檢驗(yàn)塑料（樹脂）耐熱性的方法之一。1924年由馬丁提出，1928年正式用于德國的酚醛塑料檢驗(yàn)。后來，其他一些硬質(zhì)塑料也使用該檢驗(yàn)方法。它在歐洲和原蘇聯(lián)使用比較廣泛。1970年我國亦發(fā)布了該試驗(yàn)方法的國家標(biāo)準(zhǔn)，成為我國早期建立的塑料（樹脂）試驗(yàn)方法國家標(biāo)準(zhǔn)中的一個，所以在我國使用歷史很長。 </P>
馬丁耐熱溫度是指試樣在一定彎曲力矩作用下，在一定等速升溫環(huán)境中發(fā)生彎曲變形，當(dāng)達(dá)到規(guī)定變形量時的溫度。測定馬丁耐熱溫度的原理示意圖見圖1-1。</P>
</P>
圖1-1 馬丁耐熱儀示意圖</P>
1-變形指示器；2-重錘；3-橫桿；4-試樣；5-底座</P>
2.3熱變形溫度與馬丁耐熱的辨析</P>
熱變形溫度與馬丁耐熱都是檢驗(yàn)塑料（樹脂）耐熱性的方法之一，但由于試驗(yàn)方法的本質(zhì)區(qū)別，沒有任何可比性，沒有轉(zhuǎn)變公式。</P>
由于馬丁耐熱溫度的測量是施加懸臂梁式彎曲力矩，操作不太方便；且施加的彎曲力矩?cái)?shù)值較大，使很多塑料在加載后的初始撓度就十分可觀，因而適用范圍受到限制，一般多用于硬質(zhì)塑料。另外，它使用空氣作為傳熱介質(zhì)箱體溫度分布不均，對試樣的傳熱慢，因而升溫速度不宜過快。凡此等等，使這一方法在許多國家沒有被采用，在我國也被逐漸的淘汰了。</P>
所以在檢驗(yàn)塑料（樹脂）耐熱性時，不能用馬丁耐熱與熱變形溫度比較。同時還要注意它們都不是塑料（樹脂）的最高使用溫度，塑料（樹脂）的最高使用溫度應(yīng)根據(jù)制品的受力情況及使用要求等因素來確定。另外，熱固性樹脂經(jīng)過退火處理，也就是我們?nèi)粘Ｋf的加熱后處理，會使熱變形溫度和馬丁耐熱升高，一般退火處理可以使熱變形溫度提高10℃，這就說明在日常使用熱固性樹脂時加熱后處理還是很必要的。</P>
3. 耐腐蝕使用溫度：</P>
由于樹脂玻璃鋼與金屬材料相比，重量輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、耐瞬時超高溫性能好以及比金屬材料低廉的價格，因此在相關(guān)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。如8mm的普通碳鋼在濃度為0.1% 的二氧化硫潮濕環(huán)境中，只需1-3個月即可腐蝕透，而6mm 890樹脂防腐蝕層的玻璃鋼制品則可保持10年的使用壽命。所以各種樹脂基復(fù)合材料廣泛的應(yīng)用于各種防腐場合，特別是重防腐場合。這就涉及了一個重要的概念：耐腐蝕使用溫度。<p></p></P>
耐腐蝕使用溫度一般是指樹脂在特定環(huán)境（特定腐蝕介質(zhì)，特定的腐蝕介質(zhì)濃度）中，樹脂產(chǎn)品所能承受的最高使用溫度。這個溫度區(qū)別于熱變形溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和絕緣耐熱等級，例如：898乙烯基樹脂熱變形溫度155℃、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度190℃、絕緣耐熱等級C級（中國標(biāo)準(zhǔn)），濕法脫硫工藝中，混合氣體在進(jìn)口的溫度在160-200℃左右，系統(tǒng)中的部件又要承受瞬間的溫度交變，潛在的熱破壞和產(chǎn)生的強(qiáng)腐蝕性副產(chǎn)品。表2.1是898樹脂耐腐蝕使用溫度表的節(jié)選。<p></p></P>
</P>
從上面的表格不難看出，耐腐蝕使用溫度總要有一個特定的介質(zhì)使用條件，沒有介質(zhì)使用條件耐腐蝕使用溫度不成立。而在不同的介質(zhì)條件中，同種樹脂的耐腐蝕使用溫度通常不同。這也就要求選用防腐蝕樹脂時，一定要注意腐蝕介質(zhì)條件。但是，目前市場上存在著一些不科學(xué)的說法，甚至還直接寫在樹脂產(chǎn)品的說明書中，例如：“樹脂使用溫度為多少度；本樹脂耐腐蝕使用溫度為多少度；熱變形溫度是多少度耐腐蝕使用溫度就是多少度。”這種種說法都沒有科學(xué)依據(jù)的，是對樹脂耐腐蝕使用溫度的誤解，是樹脂使用的誤區(qū)。我們要在樹脂使用過程中，屏除這些誤導(dǎo)，正確運(yùn)用樹脂的特性。</P>
4. 絕緣耐熱等級</P>
4.1概述</P>
作為絕緣材料的樹脂高聚物除了要有良好的機(jī)械性能和介電性能外，還要求具有良好的耐熱性。例如用于航空，火箭上的塑料安裝線，一般要在350℃下工作，有的甚至要求耐受500℃的高溫，但飛行進(jìn)入同溫層后氣溫驟然降到-70℃左右，此時溫度的沖擊對材料是一場嚴(yán)峻的考驗(yàn)。所以良好的耐熱性，不但要求耐高溫，而且要求能耐受溫度的沖擊。所謂耐熱性，就是材料短時或長期處于高溫下以及處于急速的溫度變化下，能保持其基本性能而正常使用的能力。</P>
耐熱性按照材料受高溫作用的時間的長短又可分為短時耐熱性(簡稱耐熱性)和長期耐熱性(又稱熱老化性能)。短時耐熱性和熱老化性能是兩個截然不同的概念，不能混淆。短時耐熱性是指材料在高溫下是否出現(xiàn)軟化、變形、分解等現(xiàn)象或材料在熱態(tài)下性能指標(biāo)的變化，通常以Tg、Tf、Tm、Td等表示。長期耐熱性是指樹脂高聚物處于一定工作溫度下能否獲得預(yù)期壽命，通常以絕緣材料的耐熱等級、溫度指數(shù)來表示。</P>
通常溫度指數(shù)是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)老化試驗(yàn)規(guī)定的壽命值求出的。所以溫度指數(shù)與軟化點(diǎn)等耐熱性指標(biāo)的含意是不同的。材料能否在某溫度下使用，不僅短時間內(nèi)不能有顯著的性能改變(如不變軟、不著燃、介電性能無明顯下降等)，而且在長時間內(nèi)也不至于產(chǎn)生不應(yīng)有的性能變化。因此，如欲確定材料的使用溫度，必須同時測定短時耐熱性和熱老化性能?！阆葴y短時耐熱性，在短時耐熱性能滿足使用條件的情況下，進(jìn)一步做熱老化試驗(yàn)，評定其溫度指數(shù)，但在絕緣技術(shù)中著重的是長期耐熱性。</P>
4.2長期耐熱性——絕緣耐熱等級</P>
< >絕緣材料的熱老化性能長期以來是以耐熱等級表示的，我國現(xiàn)行的耐熱等級如下：<p></p></P>
耐熱等級</P>Y</P>A</P>E</P>B</P>F</P>H</P>C</P>最高允許工作溫度</P>
℃</P>90</P>105</P>120</P>130</P>155</P>180</P>>180</P>這里的最高允許工作溫度不等于短時耐熱指標(biāo)，例如：902樹脂熱變形溫度82℃，耐熱等級為F級；890樹脂熱變形溫度為135℃，耐熱等級為H級。</P>
由于耐高溫材料的發(fā)展，國外又提出了另一種耐熱等級：</P>
耐熱等級</P>O</P>A</P>B</P>F</P>H</P>220</P>C</P>最高允許工作溫度</P>
℃</P>90</P>105</P>130</P>155</P>180</P>220</P>>220</P>由于這種耐熱等級的名稱不能反映絕緣材料最高允許工作溫度，給生產(chǎn)和研究工作帶來很多不便。因此，有人建議以最高允許工作溫度代表耐熱等級，即將上述各耐熱等級，逕直稱為90級、105級、……220級等，顯然這一種耐熱等級的名稱更直觀，也更科學(xué)。</P>
這種分級系統(tǒng)的含意是指某一絕緣材料適用于相應(yīng)耐熱等級的電機(jī)、電器。但實(shí)際上，一臺電機(jī)或電器中的不同絕緣部位并不都在最高設(shè)計(jì)溫度下運(yùn)行，所以應(yīng)根據(jù)電機(jī)或電器各部位的實(shí)際溫度選擇相應(yīng)的耐熱等級的絕緣材料，組成絕緣系統(tǒng)， 以充分發(fā)揮材料的特性，提高經(jīng)濟(jì)合理性。因此絕緣材料的傳統(tǒng)耐熱等級顯然不適應(yīng)這種組合絕緣系統(tǒng)的需要?，F(xiàn)在采用溫度指數(shù)和耐熱概貌來表征絕緣材料的長期耐熱能力，由于同一材料用不同的性能作為衡量熱老化壽命的參數(shù)可以得到不同的溫度指數(shù)和耐熱概貌，這樣，就可以把電機(jī)或電器的耐熱等級與單一絕緣材料的耐熱能力有效地區(qū)別開來。</P>
詳細(xì)見www.fuchem.com </P> |
|
|玻璃鋼復(fù)合材料商城|聯(lián)系我們|Archiver|手機(jī)版|小黑屋|
FRP玻璃鋼復(fù)合材料論壇
蜀ICP備10204395號-1
發(fā)表于 2005-9-14 12:16:54
QQ好友和群
QQ空間
收藏
轉(zhuǎn)播
分享
淘帖
發(fā)表于 2005-9-14 13:48:32
發(fā)表于 2005-9-14 13:57:18
樓主