热膨胀系数引起的故障和解决方法(3)不同的材料热膨胀系数是不一样的,多种不同材料组成的产品在高温时就可能会产生缝隙,造成水的渗漏、松动或蹦断,这是结构设计的难题,也是容易出故障之处。如电水壶的金属加热棒和塑料壳体的连接处的渗漏,变压器塑料骨架膨胀造成铜导线接头处蹦断等等。3.1基本定义热膨胀系数(Coefficientofthermalexpansion,CTE,单位:1mm/℃,或1mm/K),美国热膨胀系数单位用in/in/°F,要注意区别和换算。单位温度改变下长度的增加量与的原长度的比值,就是线膨胀系数,通常材料手册给出的是线热膨胀系数。线热膨胀系数α=1/L*ΔL/ΔT式中:L:原温度下的长度;ΔT:单位温度变化量;ΔL单位温度变化量下的长度L的增加量。对各向同性材料,体积热膨胀系数β=3α;对各向异性材料,体积热膨胀系数β=Aαc+(1-A)αa。αc,αa分别为a轴和c轴方向的热膨胀率,A被称为“结构端面”参数。这是常用的算法,称为Mrozowski算式。3.2CTE的测定标准GB/T1036-2008塑料-30℃~30℃线膨胀系数的测定;GB/T2572-2005纤维增强塑料平均线膨胀系数试验方法;GB/T16535-2008精细陶瓷线热膨胀系数试验方法;GB/T3074.4-2003石墨电极热膨胀系数ASTMD-696塑料线性热膨胀系数标准;ISO11359-2塑料线性热膨胀系数标准。3.3不同的材料线膨胀系数材料线膨胀系数举例如下,这样对材料线膨胀系数有一个数量级的概念以下数据单位为:1mm/℃:铜0.0000165(17*10-6)铝0.0000236(24*10-6)钢0.0000118(12*10-6)ABS0.0000780(78*10-6)PP0.0001280(128*10-6)ABS塑料的热膨胀系数约是钢的6.4倍,PP塑料是热膨胀系数是钢的9.1倍,但所有塑料在加玻纤后,热膨胀系数和蠕变成倍下降。注:ABS数据来自于“塑料工程手册(上册P194)、奇美ABS塑料规格书。3.4CTE的计算举例例:材料长度为100mm,当工作温度为140度时的材料长度变为:铝0.0000236X140X100=0.33mm(增长的部分),再加原长100mm,即为现在的长度:100.33mm。黄铜0.0000165X140X100=0.231mm,加100=100.23mm钢0.0000118X140X100=0.165mm,加100=100.17mm3.5不同的材料热膨胀时的防止失效主要是对高CTE的材料进行防护处理。例如通过对高CTE材料的开槽(见Dupont资料:MatchingCTE,图1,(图嵌入不了,那位读者说一下,怎样插图)选取不同的壁厚、嵌入式结构、结合面填充耐温胶、环形的弹性耐热垫圈、塑料中加玻纤、耐高温塑料(见后续专题)等方法来调节。另外,对纤维增强塑料而言,由于纤维在流动方向的取向,使流动方向上的热膨胀系数要大于垂直方向,产生各向异性,使制品挠曲,尺寸稳定性变差。3.6CTE的特殊应用产品装配时用不同的材料,因CTE不同,通常会带来负面作用,但也可以利用金属和塑料的CTE不同,控制液体的流出多少,实现流量控制。如图1的DuPont公司资料所示。