线性热膨胀系数（CLTE/CTE）测试

线性热膨胀系数 (CLTE) 描述材料随温度的长度变化。平均线性热膨胀系数和物理（差异）线性热膨胀系数之间存在区别。平均线性热膨胀系数定义为通过热膨胀曲线两点的割线的斜率。物理（微分）线性热膨胀系数是给定温度下膨胀曲线的斜率。因此，它对应于热膨胀曲线关于温度的一阶导数。

当材料受到温度变化时，就会发生热膨胀或收缩，从而导致整体尺寸和其他物理特性的变化。这种效应在气体和液体中更为明显，但在固体中也很明显。较软的材料（例如未增强的聚合物）每改变一度温度就会经历更大程度的尺寸变化。

当谈到加工聚合物时，热量始终是其中的一个重要因素。任何聚合物或复合材料的温度升高都会导致尺寸、零件翘曲或内部应力的显著变化。因此，对于设计人员来说，了解材料在加工过程中会发生多少热膨胀至关重要。

工程师和设计师用来测量材料在热作用下的尺寸稳定性的测试之一是线性热膨胀系数。公司非常谨慎地确保无与伦比的结果，以确保加工的聚合物和复合材料具有最佳的尺寸和性能。

线性热膨胀系数是通过将单位长度的线性膨胀除以温度变化来计算的。报告平均热膨胀系数时，应指定温度范围。在许多材料中，线性热膨胀系数会随着温度的变化而变化。它并不总是线性的，但对于不太重要的应用或快速估计，通常被认为是线性的。

材料的热膨胀会导致过早出现裂纹和应力，从而导致零件故障。了解这种类型的扩张不仅涉及财务问题，还有助于确定材料的质量和功能类型。了解暴露于温度变化的机械零件的尺寸行为非常重要。它还可以确定由不同材料组成的固体元件暴露在温度下时可能发生并导致失效的热应力（特别是在评估有效材料粘合或将塑料与金属一起使用时）。

测量塑料线性热膨胀系数最常用的标准是：

• ASTM D696-16 用玻璃石英膨胀仪在零下 30 度至零上 30 度范围内测定塑料线性热膨胀系数的标准试验方法
• ASTM E831-19 通过热机械分析对固体材料线性热膨胀进行的标准测试方法
• ASTM E228-17 推杆膨胀仪测定固体材料线性热膨胀的标准试验方法
• ISO 11359 塑料 - 热机械分析 (TMA)

确定线性热膨胀系数的常用方法有：

• 膨胀法：在指定的大气环境下，通过控制温度程序测量可忽略不计负载下物质的一个尺寸的技术，例如通过测量膨胀或收缩。
• 干涉测量法：是一种利用波与波之间干涉现象的诊断和研究技术。据观察，当两个或多个波在空间中的某个点重叠时，该点处产生的波的强度可能与初始波的强度之和不同。
• 热机械分析：一种用于确定样品尺寸随温度变化的技术，例如软化温度、玻璃化转变温度和线性热膨胀系数 (CTE)。该技术最常见的应用是确定 CTE。

线性热膨胀系数测试被认为很重要，原因如下：

• 热兼容性：当两种具有不同CLTE值的材料（例如金属和塑料）粘合时，它们随热膨胀的速率不同。这可能会导致开裂、翘曲或分层，尤其是在复合材料或电子产品中。
• 电子和半导体：电路板 (PCB)、集成电路 (IC) 封装和焊点都涉及材料的膨胀和收缩。不匹配的 CLTE 可能导致热循环过程中出现机械应力和故障。
• 精密工程：在航空航天、光学或机械系统中，公差要求严格，即使是微小的扩展也很重要。设计师需要选择具有较低或匹配的 CLTE 的材料来保持准确性和一致性。
• 3D打印/塑料：在基于聚合物的部件中，高CLTE值会导致冷却过程中发生翘曲，尤其是在注塑成型或3D打印等工艺中。
• 建筑和施工：暴露在温度变化中的结构必须考虑膨胀（例如带有伸缩缝的桥梁）。未能考虑 CLTE 可能会导致裂缝或扭伤。

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