車用非金屬材料檢測(cè)新方法-高溫維卡 熱變形測(cè)試

摘 要：隨著非金屬材料的性能及加工工藝的日新月異，非金屬材料正在被廣泛應(yīng)用在汽車、航天、軍工等各種領(lǐng)域。其中，非金屬材料的塑料制品在汽車上的應(yīng)用非常廣泛，不僅具有較好的加工性能和使用性能，而且密度比金屬材料低，對(duì)于促進(jìn)汽車的輕量化和節(jié)能減排具有重要意義。本文主要闡述了車用非金屬材料-塑料特殊高溫下對(duì)維卡熱變形測(cè)試的一種方法，可以有效運(yùn)用于車用非金屬材料行業(yè)，試驗(yàn)測(cè)得的維卡軟化點(diǎn)適用于控制質(zhì)量和作為判斷材料熱性能的一個(gè)重要指標(biāo)，為新材料以及特種材料的開(kāi)發(fā)和研究提供幫助。

關(guān)鍵詞：新能源汽車、塑料、熱性能、高溫維卡熱變形

一、新能源汽車簡(jiǎn)介

燃油汽車發(fā)展到今天，已面臨“環(huán)境污染”與“能源危機(jī)”的雙重壓力。尋求新的替代能源，以及開(kāi)發(fā)低污染或零污染的新能源汽車(又稱環(huán)保汽車、清潔汽車)，已成為當(dāng)今world汽車工業(yè)發(fā)展的主題。新能源汽車是指采用非常規(guī)的車用燃料作為動(dòng)力來(lái)源（或使用常規(guī)的車用燃料、采用新型車載動(dòng)力裝置），綜合車輛的動(dòng)力控制和驅(qū)動(dòng)方面的先進(jìn)技術(shù)，形成的技術(shù)原理先進(jìn)、具有新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的汽車。相較于傳統(tǒng)燃油汽車，新能源汽車在能源來(lái)源、尾氣排放等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

2月9日，中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2018年1月，國(guó)內(nèi)汽車銷量281萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)11.59%。其中，新能源汽車市場(chǎng)迎來(lái)開(kāi)門(mén)紅，共銷售3.85萬(wàn)輛，同比增長(zhǎng)4.3倍。2018年將成新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵之年。

二、車用非金屬材料

非金屬材料質(zhì)輕，可使汽車輕量化以達(dá)到節(jié)能的效果，尤其是非金屬材料良好的加工工藝賦予了汽車生產(chǎn)商更高的零件設(shè)計(jì)和自由度。隨著非金屬材料的性能及加工工藝的廣泛應(yīng)用，非金屬材料逐漸取代傳統(tǒng)的金屬材質(zhì)應(yīng)用于汽車的各個(gè)部位。例如：聚丙烯塑料具有質(zhì)輕、在高溫下仍保持其良好的力學(xué)性能的特點(diǎn)，主要用于通風(fēng)采暖系，發(fā)動(dòng)機(jī)的某些配件以及外裝件，汽車轉(zhuǎn)向盤(pán)，儀表板，前、后保險(xiǎn)杠，加速踏板，蓄電池殼，空氣過(guò)濾器，冷卻風(fēng)扇，風(fēng)扇護(hù)罩，散熱器隔柵，轉(zhuǎn)向機(jī)套管，分電器蓋，燈殼，電線覆皮等；聚碳酸酯具有較好的抗沖擊強(qiáng)、抗蠕變性能、耐熱性等，應(yīng)用于汽車保險(xiǎn)杠、刻度板、加熱器底板等；聚醚亞胺（PEI），由于其玻璃化溫度可達(dá)249℃，可滿足汽車反光燈的反光板和軟電路板、恒溫箱板等產(chǎn)品的要求。隨著非金屬材料的應(yīng)用越來(lái)越多，同時(shí)對(duì)于材料的性能要求也越來(lái)越高，系統(tǒng)的性能檢測(cè)對(duì)材料使用的安全性及ZUI優(yōu)化使用將會(huì)提供更有力的支持。但非金屬材料的ZUI難控制的物理性能就是其高溫下的變形穩(wěn)定性，這是相關(guān)行業(yè)的研發(fā)重點(diǎn)。

三、車用非金屬材料檢測(cè)新方法-高溫維卡熱變形測(cè)試

塑料等車用非金屬材料的使用和加工性能很大程度上與溫度相關(guān)，隨著溫度的升高，分子鏈運(yùn)動(dòng)變得更加容易，外在表現(xiàn)為變軟、易變形。溫度對(duì)塑料幾何穩(wěn)定性和機(jī)械性能的影響一般可通過(guò)測(cè)試塑料的維卡軟化點(diǎn)及熱變形溫度表征，主要用于測(cè)定塑料試片加負(fù)荷(三點(diǎn)加荷下的彎曲應(yīng)力)的變形溫度(HDT負(fù)荷變形溫度的測(cè)定)以及塑料樣品測(cè)定在規(guī)定的負(fù)荷下，標(biāo)準(zhǔn)壓針刺入熱塑性塑料試樣表面1mm深時(shí)的溫度(塑料Vicat軟化溫度測(cè)試法)。

    圖1：維卡軟化點(diǎn)測(cè)試原理       圖2：熱變形溫度測(cè)試原理

目前市場(chǎng)上主流的維卡熱變形試驗(yàn)機(jī)均采用油作為傳熱介質(zhì)，包括GB/T1633、GB/T1634均有提及液體石蠟、變壓器油、甘油、硅油都是合適的傳熱介質(zhì)，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：油作為傳熱介質(zhì)，溫度ZUI高只能到達(dá)300℃，像PEK、PEEK、聚酰亞胺等耐高溫塑料無(wú)法測(cè)試；在升溫速率較高的情況下，油會(huì)出現(xiàn)分解、冒煙、燒焦的現(xiàn)象，長(zhǎng)期使用會(huì)出現(xiàn)雜質(zhì)，影響油的傳熱，長(zhǎng)期使用會(huì)出現(xiàn)趨勢(shì)性數(shù)據(jù)偏離；在使用過(guò)程中油需要定期更換，成本較高，很多客戶往往忽略這一點(diǎn)，造成數(shù)據(jù)偏差。

為避免這些問(wèn)題，突破常規(guī)的測(cè)試條件，全新的高溫?zé)嶙冃?維卡試驗(yàn)機(jī)采用特殊的空氣動(dòng)力介質(zhì)加熱系統(tǒng)，溫度可高達(dá)500℃，避免了使用油介質(zhì)可能會(huì)出現(xiàn)的弊端；同時(shí)使用該種加熱方式，傳熱介質(zhì)的消耗量小，不會(huì)因溫度變化而分解，數(shù)據(jù)可持續(xù)穩(wěn)定。

如下以某材料的熱變形（HDT）實(shí)驗(yàn)舉例，按照標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試要求安裝試樣，設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件，計(jì)算機(jī)程序?qū)崟r(shí)測(cè)試曲線，自動(dòng)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。從如下數(shù)據(jù)可看出三組試樣的熱變形溫度偏差小，可精準(zhǔn)的測(cè)出材料的熱變形溫度，對(duì)材料的性能范圍做出精準(zhǔn)的判斷，為生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、科研提供必要的依據(jù)。

隨著近幾年以電動(dòng)汽車為代表的新能源汽車行業(yè)迅猛發(fā)展，汽車輕量化的迫切需求，促進(jìn)了非金屬材料的發(fā)展，但要充分利用材料的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，還需對(duì)材料本身進(jìn)行大量的性能測(cè)試，以真正做到物盡其用。

四、結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)闡述高溫維卡測(cè)試原理和意義，表明維卡熱變形測(cè)試對(duì)車用非金屬材料的研究和技術(shù)突破提供非常大的幫助，可幫助攻克非金屬材料在高溫下易變形的技術(shù)難點(diǎn)，進(jìn)而為汽車輕量化和節(jié)能減排做貢獻(xiàn)。高溫維卡測(cè)試可克服普通維卡測(cè)試的溫度限制，對(duì)于新材料，特種材料的研究具有重大指導(dǎo)意義。