热膨胀系数引起的故障和分析

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。