Тест на коэффициент линейного теплового расширения (КЛТР/КТР)

Коэффициент линейного термического расширения (КЛТР) описывает изменение длины материала в зависимости от температуры. Различают средний коэффициент линейного теплового расширения и физический (дифференциальный) коэффициент линейного теплового расширения. Средний коэффициент линейного теплового расширения определяется как наклон секущей, проходящей через две точки кривой теплового расширения. Физический (дифференциальный) коэффициент линейного теплового расширения — это наклон кривой расширения при данной температуре. Следовательно, она соответствует первой производной кривой теплового расширения по температуре.

Тепловое расширение или сжатие происходит, когда материал подвергается изменению температуры, что приводит к изменению общих размеров и других физических свойств. Этот эффект более выражен в газах и жидкостях, но также заметен и в твердых телах. Более мягкие материалы, такие как неармированные полимеры, испытывают более выраженные изменения размеров при изменении температуры на один градус.

При переработке полимеров тепло всегда является неотъемлемой частью уравнения. Повышение температуры любого полимера или композита может привести к значительным изменениям размеров, короблению детали или внутреннему напряжению. Поэтому конструкторам крайне важно понимать, какое тепловое расширение будет претерпевать материал в процессе обработки.

Одним из тестов, который инженеры и конструкторы используют для измерения размерной стабильности материала под воздействием тепла, является коэффициент линейного теплового расширения. Компании прилагают все усилия для обеспечения непревзойденных результатов, чтобы гарантировать оптимальные размеры и свойства перерабатываемых полимеров и композитов.

Коэффициент линейного теплового расширения рассчитывается путем деления линейного расширения на единицу длины на изменение температуры. При указании среднего коэффициента теплового расширения следует указывать диапазоны температур. Во многих материалах коэффициент линейного теплового расширения может изменяться при изменении температуры. Он не всегда линейный, но часто предполагается линейным для менее критических приложений или быстрых оценок.

Тепловое расширение материалов приводит к преждевременному появлению трещин и напряжений, которые могут привести к выходу детали из строя. Понимание этого типа расширения имеет не только финансовое значение, но и помогает определить тип материала с точки зрения качества и функциональности. Важно знать размерное поведение обработанных деталей, подвергающихся изменениям температуры. Он также определяет термические напряжения, которые могут возникнуть и привести к разрушению, когда твердый элемент, состоящий из разнородных материалов, подвергается воздействию температуры (особенно при оценке эффективного сцепления материалов или при использовании пластмасс с металлами).

Наиболее часто используемыми стандартами для измерения коэффициента линейного теплового расширения пластмасс являются:

• ASTM D696-16 Стандартный метод испытания коэффициента линейного теплового расширения пластмасс с помощью дилатометра на основе кварцевого стекла при температуре от минус 30 до плюс 30 градусов.
• ASTM E831-19 Стандартный метод испытаний линейного теплового расширения твердых материалов с помощью термомеханического анализа
• ASTM E228-17 Стандартный метод испытаний линейного теплового расширения твердых материалов с помощью дилатометра с толкателем
• ISO 11359 Пластмассы. Термомеханический анализ (ТМА)

Обычно используются следующие методы определения коэффициента линейного теплового расширения:

• Дилатометрия: метод, при котором одно измерение вещества под незначительной нагрузкой измеряется в условиях контролируемой температурной программы в определенной атмосферной среде, например, путем измерения расширения или сжатия.
• Интерферометрия: это диагностический и исследовательский метод, использующий явление интерференции волн. Замечено, что при наложении двух или более волн в одной точке пространства интенсивность результирующей волны в этой точке может отличаться от суммы интенсивностей исходных волн.
• Термомеханический анализ: метод, используемый для определения изменения размеров образца в зависимости от температуры, например, температуры размягчения, температуры стеклования и коэффициента линейного теплового расширения (КТР). Наиболее распространенным применением этого метода является определение КТР.

Испытание на коэффициент линейного теплового расширения считается важным по следующим причинам:

• Термическая совместимость: при склеивании двух материалов с разными значениями КЛТР (например, металла и пластика) они расширяются под воздействием тепла с разной скоростью. Это может привести к растрескиванию, деформации или расслоению, особенно в композитных материалах или электронике.
• Электроника и полупроводники: печатные платы, корпуса интегральных схем (ИС) и паяные соединения — все это предполагает расширение и сжатие материалов. Несоответствие КЛТР может привести к механическим нагрузкам и поломкам при термоциклировании.
• Точное машиностроение: в аэрокосмической промышленности, оптических или механических системах с жесткими допусками даже небольшие расширения имеют значение. Для сохранения точности и соосности проектировщикам необходимо выбирать материалы с низким или соответствующим КЛТР.
• 3D-печать / пластмассы: в деталях на основе полимеров высокие значения КЛТР могут привести к короблению при охлаждении, особенно в таких процессах, как литье под давлением или 3D-печать.
• Строительство: Конструкции, подверженные изменению температуры, должны учитывать расширение (например, мосты с деформационными швами). Неучет КЛТР может привести к трещинам и растяжениям.

Наша организация, которая на протяжении многих лет стремится оказывать поддержку предприятиям всех секторов посредством широкого спектра испытаний, измерений, анализа и оценочных исследований, имеет сильный штат сотрудников, которые внимательно следят за мировыми достижениями в области науки и технологий и постоянно совершенствуются. В этом контексте предприятиям также предоставляются услуги по испытанию коэффициента линейного теплового расширения (КЛТР/КТР).