Тест на коефициент на линеарно термичко ширење (CLTE/CTE)

Коефициентот на линеарно термичко ширење (CLTE) ја опишува промената на должината на материјалот во зависност од температурата. Се прави разлика помеѓу просечниот коефициент на линеарно термичко ширење и физичкиот (диференцијален) коефициент на линеарно термичко ширење. Просечниот коефициент на линеарно термичко ширење се дефинира како наклон на секанта што минува низ две точки од кривата на термичко ширење. Физичкиот (диференцијален) коефициент на линеарно термичко ширење е наклонот на кривата на ширење на дадена температура. Затоа, тоа одговара на првиот извод од кривата на термичка експанзија во однос на температурата.

Топлинска експанзија или контракција се јавува кога материјалот е подложен на промена на температурата и затоа резултира со промена на вкупните димензии и други физички својства. Овој ефект е поизразен кај гасовите и течностите, но е евидентен и кај цврстите материи. Помеките материјали, како што се неармираните полимери, доживуваат поголеми нивоа на димензионална промена по степен промена на температурата.

Кога станува збор за обработка на полимери, топлината е секогаш дел од равенката. Зголемувањето на температурата на кој било полимер или композит може да доведе до значителни промени во димензиите, искривувањето на деловите или внатрешниот стрес. Затоа, од клучно значење е дизајнерите да разберат колку термичка експанзија ќе претрпи материјалот за време на машинската обработка.

Еден од тестовите што инженерите и дизајнерите ги користат за мерење на димензионалната стабилност на материјалот под дејство на топлина е коефициентот на линеарно термичко ширење. Компаниите вложуваат големо внимание за да обезбедат неспоредливи резултати со цел да обезбедат оптимални димензии и својства за обработените полимери и композити.

Коефициентот на линеарно термичко ширење се пресметува со делење на линеарното ширење по единица должина со промената на температурата. При пријавување на просечниот коефициент на термичка експанзија, треба да се наведат температурните опсези. Кај многу материјали коефициентот на линеарно термичко ширење може да се промени со промената на температурата. Не е секогаш линеарно, но често се претпоставува дека е линеарно за помалку критични апликации или брзи проценки.

Термичката експанзија кај материјалите предизвикува предвремени пукнатини и напрегања што можат да доведат до дефект на делот. Разбирањето на овој тип на проширување не е само финансиска грижа, туку помага и во одредувањето на видот на материјалот за квалитет и функција. Важно е да се знае димензионалното однесување на машински обработените делови изложени на температурни промени. Исто така, ги одредува термичките напрегања што можат да се појават и да предизвикаат дефект кога цврст елемент составен од различни материјали е изложен на температура (особено при проценка на ефикасно поврзување на материјалите или при употреба на пластика со метали).

Најчесто користените стандарди за мерење на коефициентот на линеарно термичко ширење кај пластиката се:

• ASTM D696-16 Стандарден метод за тестирање на коефициент на линеарно термичко ширење на пластика со дилатометар од стаклен силициум диоксид на минус 30 степени до плус 30 степени
• ASTM E831-19 Стандарден метод на тестирање за линеарно термичко ширење на цврсти материјали со термомеханичка анализа
• ASTM E228-17 Стандарден метод за тестирање на линеарно термичко ширење на цврсти материјали со дилатометар со шипка
• ISO 11359 Пластика - Термомеханичка анализа (TMA)

Најчесто користени методи за одредување на коефициентот на линеарно термичко ширење се:

• Дилатометрија: Техника во која една димензија на супстанција под занемарливо оптоварување се мери под контролирана температурна програма во одредена атмосферска средина, на пример со мерење на експанзија или контракција.
• Интерферометрија: Тоа е дијагностичка и истражувачка техника која го користи феноменот на интерференција помеѓу брановите. Забележано е дека кога два или повеќе бранови се преклопуваат во точка во просторот, интензитетот на добиениот бран во таа точка може да се разликува од збирот на интензитетите на почетните бранови.
• Термомеханичка анализа: Техника што се користи за одредување на димензионалните промени на примерокот во однос на температурата, како што се температурата на омекнување, температурата на стаклен премин и коефициентот на линеарно термичко ширење (CTE). Најчестата примена на оваа техника е да се одреди CTE.

Тестот за коефициент на линеарна термичка експанзија се смета за важен од следниве причини:

• Термичка компатибилност: Кога два материјали со различни CLTE вредности (како метал и пластика) се споени, тие се шират со различна брзина со топлина. Ова може да предизвика пукање, искривување или деламинација, особено кај композитите или електрониката.
• Електроника и полупроводници: Електронските плочки (PCB), пакувањето на интегрираните кола (IC) и лемените споеви вклучуваат ширење и контракција на материјалите. Несоодветниот CLTE може да доведе до механички стрес и дефект за време на термичкиот циклус.
• Прецизно инженерство: Во воздухопловните, оптичките или механичките системи со тесни толеранции, дури и малите проширувања се важни. Дизајнерите треба да изберат материјали со ниски или соодветни CLTE за да одржат точност и усогласување.
• 3D печатење / пластика: Кај деловите базирани на полимери, високите вредности на CLTE можат да доведат до искривување за време на ладењето, особено во процеси како што се лиење со вбризгување или 3D печатење.
• Градежништво: Структурите изложени на променливи температури мора да го земат предвид ширењето (на пр. мостови со дилатациони споеви). Непочитувањето на CLTE може да доведе до пукнатини или извртувања.

Нашата организација, која со години се обидува да ги поддржи бизнисите од секој сектор со широк спектар на студии за тестирање, мерење, анализа и евалуација што ги спроведува, има силен персонал кој внимателно ги следи случувањата во светот во областа на науката и технологијата и постојано се подобрува. Во овој контекст, на бизнисите им се обезбедуваат и услуги за тестирање на коефициентот на линеарна термичка експанзија (CLTE/CTE).