Uji Koefisien Ekspansi Termal Linier (CLTE/CTE)

Koefisien ekspansi termal linier (CLTE) menggambarkan perubahan panjang suatu material tergantung pada suhu. Perbedaan dibuat antara koefisien rata-rata ekspansi termal linear dan koefisien ekspansi termal linear (diferensial) fisik. Koefisien rata-rata ekspansi termal linear didefinisikan sebagai kemiringan garis sekan yang melalui dua titik kurva ekspansi termal. Koefisien ekspansi termal linear (diferensial) fisik adalah kemiringan kurva ekspansi pada suhu tertentu. Oleh karena itu, hal ini sesuai dengan turunan pertama kurva ekspansi termal terhadap suhu.

Ekspansi atau kontraksi termal terjadi ketika suatu material mengalami perubahan suhu dan karena itu mengakibatkan perubahan pada dimensi keseluruhan dan sifat fisik lainnya. Efek ini lebih nyata pada gas dan cairan, tetapi juga terlihat pada benda padat. Bahan yang lebih lunak, seperti polimer yang tidak diperkuat, mengalami tingkat perubahan dimensi yang lebih besar per derajat perubahan suhu.

Saat membahas pemrosesan polimer, panas selalu menjadi bagian dari persamaan. Meningkatkan suhu pada polimer atau komposit apa pun dapat menyebabkan perubahan signifikan pada dimensi, kelengkungan bagian, atau tekanan internal. Oleh karena itu, sangat penting bagi desainer untuk memahami berapa banyak ekspansi termal yang akan dialami suatu material selama operasi permesinan.

Salah satu pengujian yang digunakan para insinyur dan desainer untuk mengukur stabilitas dimensi suatu material di bawah pengaruh panas adalah koefisien ekspansi termal linear. Perusahaan tersebut sangat berhati-hati untuk memastikan hasil yang tak tertandingi guna memastikan dimensi dan sifat optimal untuk polimer dan komposit yang diproses.

Koefisien ekspansi termal linear dihitung dengan membagi ekspansi linear per satuan panjang dengan perubahan suhu. Saat melaporkan koefisien ekspansi termal rata-rata, rentang suhu harus ditentukan. Pada banyak bahan, koefisien ekspansi termal linear dapat berubah seiring perubahan suhu. Tidak selalu linier, tetapi sering diasumsikan linier untuk aplikasi yang kurang kritis atau estimasi cepat.

Ekspansi termal pada material menyebabkan keretakan dan tekanan dini yang dapat mengakibatkan kegagalan komponen. Memahami jenis ekspansi ini tidak hanya menjadi perhatian finansial, tetapi juga membantu dalam menentukan jenis material untuk kualitas dan fungsi. Penting untuk mengetahui perilaku dimensi komponen mesin yang terkena perubahan suhu. Ia juga menentukan tekanan termal yang dapat terjadi dan menyebabkan kegagalan saat elemen padat yang terdiri dari material berbeda terkena suhu (terutama saat memperkirakan ikatan material yang efisien atau saat menggunakan plastik dengan logam).

Standar yang paling umum digunakan untuk mengukur koefisien ekspansi termal linier dalam plastik adalah:

• ASTM D696-16 Metode uji standar untuk koefisien ekspansi termal linier plastik dengan dilatometer silika vitreous pada minus 30 derajat hingga plus 30 derajat
• ASTM E831-19 Metode uji standar untuk ekspansi termal linier bahan padat dengan analisis termomekanis
• ASTM E228-17 Metode uji standar untuk ekspansi termal linier bahan padat dengan dilatometer batang dorong
• ISO 11359 Plastik - Analisis termomekanis (TMA)

Metode yang umum digunakan untuk menentukan koefisien ekspansi termal linier adalah:

• Dilatometri: Suatu teknik di mana satu dimensi suatu zat di bawah beban yang dapat diabaikan diukur di bawah program suhu terkendali dalam lingkungan atmosfer tertentu, misalnya dengan mengukur pemuaian atau penyusutan.
• Interferometri: Ini adalah teknik diagnostik dan penelitian yang menggunakan fenomena interferensi antara gelombang. Dapat diamati bahwa ketika dua gelombang atau lebih saling tumpang tindih di satu titik di ruang angkasa, intensitas gelombang yang dihasilkan di titik tersebut mungkin berbeda dari jumlah intensitas gelombang awal.
• Analisis termomekanik: Suatu teknik yang digunakan untuk menentukan perubahan dimensi suatu sampel terhadap suhu, seperti suhu pelunakan, suhu transisi gelas, dan koefisien ekspansi termal linier (CTE). Aplikasi yang paling umum dari teknik ini adalah untuk menentukan CTE.

Uji koefisien ekspansi termal linier dianggap penting karena alasan berikut:

• Kompatibilitas termal: Ketika dua bahan dengan nilai CLTE yang berbeda (seperti logam dan plastik) diikat, mereka memuai pada tingkat yang berbeda dengan panas. Hal ini dapat menyebabkan keretakan, lengkungan, atau delaminasi, terutama pada komposit atau elektronik.
• Elektronika dan semikonduktor: Papan sirkuit (PCB), pengemasan sirkuit terpadu (IC), dan sambungan solder semuanya melibatkan pemuaian dan penyusutan material. CLTE yang tidak cocok dapat mengakibatkan tekanan mekanis dan kegagalan selama siklus termal.
• Rekayasa presisi: Dalam bidang kedirgantaraan, sistem optik atau mekanis dengan toleransi yang ketat, bahkan perluasan kecil pun penting. Desainer perlu memilih material dengan CLTE rendah atau yang sesuai untuk menjaga akurasi dan keselarasan.
• Pencetakan 3D/plastik: Pada komponen berbasis polimer, nilai CLTE yang tinggi dapat menyebabkan lengkungan selama pendinginan, terutama dalam proses seperti pencetakan injeksi atau pencetakan 3D.
• Bangunan dan konstruksi: Struktur yang terkena perubahan suhu harus memperhitungkan ekspansi (misalnya jembatan dengan sambungan ekspansi). Kegagalan memperhitungkan CLTE dapat menyebabkan retak atau terkilir.

Organisasi kami, yang telah berusaha mendukung bisnis dari setiap sektor dengan berbagai pengujian, pengukuran, analisis, dan studi evaluasi yang telah dilakukan selama bertahun-tahun, memiliki staf yang kuat yang mengikuti dengan cermat perkembangan di dunia di bidang sains dan teknologi dan terus-menerus meningkatkan dirinya. Dalam konteks ini, layanan pengujian koefisien ekspansi termal linier (CLTE/CTE) juga disediakan untuk bisnis.