车用非金属材料检测新方法-高温维卡

热变形测试

摘 要

　　随着非金属材料的性能及加工工艺的日新月异，非金属材料正在以前所未有的速度被应用在汽车、航天、军工等各种领域。其中，非金属材料的塑料制品在汽车上的应用非常广泛，不仅具有较好的加工性能和使用性能，而且密度比金属材料低，对于促进汽车的轻量化和节能减排具有重要意义。本文主要阐述了车用非金属材料-塑料特殊高温下对维卡热变形测试的一种方法，可以有效运用于车用非金属材料行业，试验测得的维卡软化点适用于控制质量和作为判断材料热性能的一个重要指标，为新材料以及特种材料的开发和研究提供帮助。

关键词：新能源汽车、塑料、热性能、高温维卡热变形

一、新能源汽车简介

　　燃油汽车发展到今天，已面临“环境污染”与“能源危机”的双重压力。寻求新的替代能源，以及开发低污染或零污染的新能源汽车(又称环保汽车、清洁汽车)，已成为当今世界汽车工业发展的主题。新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源（或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置），综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。相较于传统燃油汽车，新能源汽车在能源来源、尾气排放等方面具有明显优势。

　　2月9日，中国汽车工业协会发布的数据显示，2018年1月，国内汽车销量281万辆，同比增长11.59%。其中，新能源汽车市场迎来开门红，共销售3.85万辆，同比增长4.3倍。2018年将成新能源汽车产业发展关键之年。

二、车用非金属材料

　　非金属材料质轻，可使汽车轻量化以达到节能的效果，尤其是非金属材料良好的加工工艺赋予了汽车生产商更高的零件设计和自由度。随着非金属材料的性能及加工工艺的广泛应用，非金属材料逐渐取代传统的金属材质应用于汽车的各个部位。例如：聚丙烯塑料具有质轻、在高温下仍保持其良好的力学性能的特点，主要用于通风采暖系，发动机的某些配件以及外装件，汽车转向盘，仪表板，前、后保险杠，加速踏板，蓄电池壳，空气过滤器，冷却风扇，风扇护罩，散热器隔栅，转向机套管，分电器盖，灯壳，电线覆皮等；聚碳酸酯具有较好的抗冲击强、抗蠕变性能、耐热性等，应用于汽车保险杠、刻度板、加热器底板等；聚醚亚胺（PEI），由于其玻璃化温度可达249℃，可满足汽车反光灯的反光板和软电路板、恒温箱板等产品的要求。随着非金属材料的应用越来越多，同时对于材料的性能要求也越来越高，系统的性能检测对材料使用的安全性及最优化使用将会提供更有力的支持。但非金属材料的最难控制的物理性能就是其高温下的变形稳定性，这是相关行业的研发重点。

三、车用非金属材料检测新方法-高温维卡热变形测试

　　塑料等车用非金属材料的使用和加工性能很大程度上与温度相关，随着温度的升高，分子链运动变得更加容易，外在表现为变软、易变形。温度对塑料几何稳定性和机械性能的影响一般可通过测试塑料的维卡软化点及热变形温度表征，主要用于测定塑料试片加负荷(三点加荷下的弯曲应力)的变形温度(HDT负荷变形温度的测定)以及塑料样品测定在规定的负荷下，标准压针刺入热塑性塑料试样表面1mm深时的温度(塑料Vicat软化温度测试法)。

                                                    图1：维卡软化点测试原理                                            图2：热变形温度测试原理

　　目前市场上主流的维卡热变形试验机均采用油作为传热介质，包括GB/T1633、GB/T1634均有提及液体石蜡、变压器油、甘油、硅油都是合适的传热介质，但是经过长期的实验发现：油作为传热介质，温度最高只能到达300℃，像PEK、PEEK、聚酰亚胺等耐高温塑料无法测试；在升温速率较高的情况下，油会出现分解、冒烟、烧焦的现象，长期使用会出现杂质，影响油的传热，长期使用会出现趋势性数据偏离；在使用过程中油需要定期更换，成本较高，很多客户往往忽略这一点，造成数据偏差。

　　为避免这些问题，突破常规的测试条件，全新的高温热变形/维卡试验机采用特殊的空气动力介质加热系统，温度可高达500℃，避免了使用油介质可能会出现的弊端；同时使用该种加热方式，传热介质的消耗量小，不会因温度变化而分解，数据可持续稳定。

　　如下以某材料的热变形（HDT）实验举例，按照标准测试要求安装试样，设定实验条件，计算机程序实时测试曲线，自动记录测试数据。从如下数据可看出三组试样的热变形温度偏差极小，可精准的测出材料的热变形温度，对材料的性能范围做出精准的判断，为生产、设计、科研提供必要的依据。

　　随着近几年以电动汽车为代表的新能源汽车行业迅猛发展，汽车轻量化的迫切需求，极大促进了非金属材料的发展，但要充分利用材料的优势特点，还需对材料本身进行大量的性能测试，以真正做到物尽其用。

四、结语

　　本文通过阐述高温维卡测试原理和意义，表明维卡热变形测试对车用非金属材料的研究和技术突破提供非常大的帮助，可帮助攻克非金属材料在高温下易变形的技术难点，进而为汽车轻量化和节能减排做贡献。高温维卡测试可克服普通维卡测试的温度限制，对于新材料，特种材料的研究具有重大指导意义。