第一部分：热变形温度（HDT）与动态机械分析（DMA）对比

来源: | 作者:大雄化工 | 发布时间: 2025-08-28 | 19 次浏览 | 分享到:

---塑料行业是否需要一种更好的方式来报告温度对材料的机械性能的影响？通过DMA，这种技术已经存在，但它的普及速度却异常缓慢。

二十年前，美国塑料工程师协会（SPE）在其年度技术会议（ANTEC）上专门讨论了对塑料材料数据表中常用标准测试方法的审查。该会议旨在重新审视传统方法，并在适当情况下提出改进方案。相关成果被单独出版，并在同年向其他组织（如美国汽车工程师协会SAE）进行了展示。

在该会议上，我发表了关于负荷变形温度（DTUL，即行业所称的热变形温度HDT）的演讲。我提出，行业需要一种更科学的方式来表征温度对塑料材料的机械性能的影响，并推荐采用动态机械分析（DMA）作为替代方法。然而二十年过去，行业论坛中仍频繁出现关于HDT与DMA实用性的讨论，多数回答显示出对DMA的陌生和对传统方法的依赖——这种保守态度在当今高要求的应用场景中令人担忧。

‌HDT测试的局限性‌
HDT测试诞生于塑料测试的早期阶段，在40-50年前或许具有一定意义：通过加热加载的塑料试样直至其软化或熔化，来判定材料的失效温度范围。但当时塑料仅被视为低端日用品（如玩具、吸管）的材料，而如今它们已广泛应用于医疗器械、汽车、航空航天等领域，甚至替代金属部件。

然而，工程师们对高温性能的认知仍高度依赖HDT数据。问题在于，很少有人真正理解HDT的测试本质。例如，我曾遇到一份图纸要求阻燃ABS零件需在190°F（87°C）下长期工作——这一数值直接取自该材料的HDT数据。经过长时间解释，设计者才明白HDT并不能代表长期耐温性能。

‌数据表的误导性‌
材料数据表中的数值通常只标注失效临界点（如拉伸强度标注屈服或断裂值），HDT亦然：它仅表示特定几何试样在极低应力（ASTM标准为66 psi或264 psi）下达到规定弯曲量时的温度。一位大学教授曾因测试应力值过低而怀疑自己计算错误，但事实就是如此荒谬——实际工程中的应力常达3000-5000 psi（如有限元分析结果），而HDT测试应力不足其10%。

ISO试图改进这一现状（如ISO 75标准新增1160 psi的测试应力），但推广缓慢。以15%玻璃纤维增强尼龙6为例：264 psi下HDT约205°C，而1160 psi时会骤降至80°C。材料供应商不愿公布低值数据，且多数未填充材料在此高应力下室温即失效——这进一步暴露了HDT测试的局限性。

‌为何仍在沿用HDT？‌
根本原因在于行业惯性，或缺乏明确的替代方案。数据表中的所有数值本质上是曲线上的单点：拉伸强度对应应力-应变曲线，冲击强度对应能量-时间曲线，HDT则对应模量-温度曲线。在塑料替代金属的今天，更合理的做法或许是直接提供完整曲线，让工程师根据应用需求自行提取关键点。下一篇文章我们将展开讨论这一方案。

第二部分：热变形温度（HDT）与动态机械分析（DMA）对比‌

---以下是一个真实案例，说明为什么DMA提供的完整曲线比HDT单点数据更有价值。

几年前，我协助客户分析一个未填充PBT聚酯材料的注塑零件失效问题。该零件在140°C（284°F）的工作温度下出现严重变形。工程师们对此困惑不已，因为他们手中的材料数据表显示该材料的HDT为153°C（309°F），因此认为140°C下理应安全。这反映出他们对HDT本质的误解——HDT究竟测量了什么？

40年前，Michael Takemori在美国塑料工程师协会（SPE）ANTEC会议上发表的论文已部分回答了这个问题。他指出，材料模量随温度升高而降低，HDT本质是模量在某个特定值时所对应的温度。然而，模量值跟试样的几何形状有很大的关系。使用这些不同几何形状进行的多种计算表明：在66 psi（0.455 MPa）载荷的热变形温度下，模量为27-35 ksi（190-240 MPa），相当于低密度聚乙烯（LDPE）的室温模量；在264 psi（四倍应力）载荷的热变形温度下，模量为前者的四倍，约108-140 ksi（750-960 MPa），接近高密度聚乙烯（HDPE）的模量。