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什么是耐热树脂？定义、测定标准与主要树脂耐热数据比较

“耐热树脂”这个词虽然常用，但业界并没有统一公认的单一定义，实务中会根据想要评估的性质使用不同的指标。具有代表性的指标有三个：玻璃化转变温度（Tg）、热变形温度（HDT）、以及基于UL746B的连续使用温度（RTI），三者的测定条件和评估对象各不相同，不能仅凭数值大小简单比较优劣。本文将先梳理这三个指标之间的关系，再用一手资料比较主要树脂的耐热数据，并进一步探讨光学用途特有的“透明性与耐热性兼顾”这一课题。主要面向光学设计人员、材料采购人员和研究人员。

📌 三行读懂本文

耐热树脂没有单一定义，Tg 基准、HDT基准、连续使用温度（UL746B）基准这三个评估维度并存
主要工程塑料的大致范围是Tg 约100~220℃、连续使用温度约70~260℃，因树脂系统不同而差异很大
光学树脂为了保持透明性，往往只能采用非结晶性结构，难以兼顾耐热性。Iupizeta®EP在 Tg 140~145℃的条件下实现了这一点

什么是耐热树脂？梳理多个定义维度

耐热树脂是指在普通通用树脂会变形、劣化的温度区间内仍能稳定发挥功能的塑料统称。不过，“稳定发挥功能”并没有单一的验证指标，不同评估维度采用的标准和测定方法也不同（荒川技研耐热树脂是什么？种类与温度对比）。

Tg 基准：材料固有的相变点

玻璃化转变温度（Tg）是非结晶性树脂从玻璃态转变为橡胶态的温度，是在无负荷条件下通过DSC测定得到的材料固有物性。关于Tg 的定义、测定原理及主要树脂的比较数据，玻璃化转变温度 Tg 说明文章中有详细介绍。这里只需记住，Tg 只是判断耐热性的多个指标之一。

HDT基准：负荷下的变形起始点

热变形温度（HDT）是指在施加规定弯曲应力的状态下升高试样温度，达到规定挠度时的温度，是偏重结构强度的指标。相对于无负荷条件下的 Tg，HDT反映的是更接近实际使用的负荷条件，因此在结构部件的耐热设计中，HDT更能直接指导实务判断。

连续使用温度基准：长期使用下的劣化极限

连续使用温度是基于UL746B的长期热劣化试验所确定的指标。将多个温度下的加热劣化数据按阿伦尼乌斯定律外推，计算出拉伸强度、冲击强度、电气绝缘性等初始物性大致降至一半左右时对应的温度，这就是RTI（相对温度指数）（UL746B标准解说安田精机制作所）。Tg 和HDT是短时间、基本无劣化条件下的指标，而RTI则是把长期劣化考虑在内的实际使用寿命指标，两者本质上不同。

衡量耐热性的标准：JIS与UL

耐热性的三个指标分别对应各自的JIS标准和国际标准。

Tg：JIS K 7121:2012（对应ISO 3146）。用DSC法规定外推玻璃化转变起始温度、中点温度、终止温度三个点
HDT：JIS K 7191-1:2015／JIS K 7191-2:2015（对应ISO 75）。在弯曲应力1.8MPa等条件下进行三点弯曲试验，将标准试样（长80mm×宽10mm×厚4mm）以120℃/h的升温速率加热，读取达到规定挠度0.34mm时的温度（JIS K7191解说汤本电机）
连续使用温度（RTI） ：UL746B（IEC 60216相关标准）

另外，树脂开始热分解的温度是与 Tg、HDT、RTI都不同的第四个评估维度。分解机理与测定标准（JIS K 7120等）在热分解说明文章中有介绍。考虑耐热树脂的“上限”时，重要的是不要把变形指标（Tg、HDT）和分解指标混为一谈。

主要树脂耐热数据比较表

下表整理了主要树脂系统的耐热性指标一手资料数据。数值会因牌号、增强材料、阻燃剂的有无而变化，请作为参考。

树脂	Tg (℃)	HDT (℃)	连续使用温度 UL RTI (℃)
PMMA	约100~110	约85~105	约70~90
PC	约145~150	约125~140	约115~130
PA66（Tm约255~265）	约45~60	约75~250	约105~150
POM（Tm约165~175）	约−60	约110~170	约85~105
PBT（Tm约220~225）	约45~60	约60~220	约105~140
PPS（Tm约280~285）	约85~90	260以上	约200~240
PEEK（Tm约340~345）	约140~145	约150~300	约240~260
PEI	约215~220	约190~210	约170~180

出处：树脂塑料材料环境协会塑料材料耐热性比较

结晶性树脂（PA66、POM、PBT、PPS、PEEK）即使超过 Tg，结晶部分仍能保持形状，所以实质上的耐热指标不是 Tg，而是熔点（Tm）和HDT。而非结晶性树脂（PMMA、PC、PEI）的 Tg 则实际上就是上限温度。树脂是结晶性还是非结晶性，会直接影响耐热指标的解读方式，这一点需要注意。

兼顾透明性与耐热性的难点

在光学树脂的设计中，确保透明性是选用耐热树脂时的制约条件。透明树脂说明文章中提到过，树脂要透明就必须采用分子排列不规则的非结晶性结构，而上表中PPS、PEEK这类结晶性高耐热树脂会因结晶部分产生光散射而浑浊，无法直接用于光学用途。也就是说，光学树脂的耐热设计从一开始就只能在非结晶性树脂这个有限的选项中，想办法提高 Tg。

提高 Tg 的方法包括引入刚性分子骨架、增加环状结构等，但都伴随副作用。让分子骨架变刚性虽然能提高 Tg，却容易增大线膨胀系数（CTE），也更容易因成型时的分子取向而产生双折射。关于耐热性与其他光学、尺寸特性之间的这种权衡，线膨胀系数CTE说明文章中有详细介绍。正因为存在这种结构性权衡，光学树脂要同时兼顾透明性和高耐热性，工艺难度很高，仅靠通用树脂的简单配方调整无法实现。

与工程塑料的关系

许多耐热树脂都被归入按性能和价格区间划分的“工程塑料”与“超级工程塑料”框架中。大致以连续使用温度100~150℃为界，处于该区间的树脂属于工程塑料，150℃以上则属于超级工程塑料（荒川技研什么是超级工程塑料？种类、特性与主要用途一览表）。上表中的PA66、POM、PBT属于工程塑料，PPS、PEEK属于超级工程塑料。

Iupizeta®EP的定位兼顾透明与高耐热

三菱瓦斯化学的光学树脂“Iupizeta®EP”在所有牌号中都能确保 Tg 140~145℃，同时兼顾折射率1.616~1.671、阿贝数19.2~25.8的光学性能（Iupizeta EP官方产品页面）。

牌号	折射率(nd)	阿贝数(νd)	Tg (℃)
EP-4500	1.616	25.8	145
EP-5000	1.636	23.9	145
EP-6000	1.640	23.5	145
EP-8000	1.661	20.4	140
EP-9000	1.671	19.2	140

※ 为测定值，并非规格值。

Tg 140~145℃与上表中常见的非结晶性树脂相比，大幅超过标准PMMA（约100~110℃），与通用PC（约145~150℃）水平相当。从分子设计的一般规律看，提高折射率往往会降低 Tg，但Iupizeta®EP在折射率1.616~1.671的范围内几乎维持了 Tg 140~145℃，实现了透明性、高折射率与高耐热性的同时满足。这一特性使其在智能手机摄像头、车载光学系统等靠近发热源、同时要求高光学性能和耐热性的用途中更容易满足选用条件。

总结

“耐热树脂”是把 Tg、HDT、连续使用温度这三个不同评估维度合并在一起的统称，并不是由单一阈值定义的。在树脂选用时，不能混淆这些指标，而要根据部件的实际使用条件（是否有负荷、短期使用还是长期使用）参考合适的指标。在光学树脂领域，必须在保持透明性所需的非结晶性结构这一限制条件下确保耐热性，这正是需要像Iupizeta®EP那样通过分子设计同时优化 Tg 和光学性能的领域。