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孙洲渝（作者）

高级工程师，毕业于四川大学高分子材料科学与工程学院

在上一篇文章我们讲过：大部分材料，随着温度的上升，分子的运动能力都会增强，从而导致制件的尺寸变化，也就是我们常说的“热胀冷缩”。在材料行业，有一个专用名词：线膨胀系数，Coefficient of linear thermal expansion（下文简称为CLTE）。

如同人的身材，有可能纵向长高，也有可能横向长胖，材料也是如此，热胀冷缩也是有方向的。

对于注塑制品，一般分为流动方向和垂直流动方向，对于非填充增强材料，一般默认两个方向为各向同性，线膨胀系数也是接近，但是对于滑石粉填充、玻璃纤维增强等塑料，两个方向的线膨胀系数差异就非常大了。

图（1）线膨胀系数测试样条：分方向

如上图，材料的线膨胀系数是分方向的，在讨论方向之前，我们来看看线膨胀系数的简单定义：样条尺寸随着温度变化的变化率。

图（2）线膨胀系数的示意图

材料在每一个温度下都有一个线膨胀系数，一般我们不关心某一个点的系数，而是关心一个温度区间的系数。考虑到我们的塑料，一般使用温度从-30℃到80℃居多，所以大部分测试是测试材料从零下30℃变化到80℃时，样条的尺寸变化率，这个就是我们常用温度下的线膨胀系数，比如下图，测试了材料从-30℃到80℃的线膨胀系数。

图（3）材料横向线膨胀系数 130.7μm/（m.℃)

我们刚才提到材料的线膨胀系数有方向，对于玻璃纤维增强材料，这个差异非常大，比如下表是一个50%玻璃纤维增强聚丙烯的线膨胀系数，流动方向线膨胀系数为17.48μm/m/℃，而垂直流动方向为69.06μm/m/℃，两个之间差了4倍左右。也就是流动方向膨胀了1mm，而在垂直流动方向已经膨胀了4mm。

图（4）50%玻璃纤维增强PP两个方向线膨胀系数

流动方向和垂直流动方向差4倍并不是我见过差异最大的，最大的我见过差异有10倍的，比如下面这个玻璃纤维增强聚丙烯，流动方向线膨胀系数为20.28μm/m/℃，而垂直流动方向为234.2μm/m/℃。

图（5）20%玻璃纤维增强PP两个方向线膨胀系数

这个差异实在是惊人，并且有点超出我的常识，因为纯聚丙烯的线膨胀系数是130μm/m/℃，这个怎么说也是加了玻璃纤维的，所以我找到这个测试单位的总经理，要求不停的重新测试，对方说测试要求是什么？我的意思是一直测试到我满意的数据为止，后来在多个实验室对标，也终于找到这个线膨胀系数测试和样条制备、测试前处理、测试温度区间都有关系。

对于塑料这类复合材料，做不同用途的时候，比如要考虑材料的间隙，线膨胀系数就非常关键，在汽车保险杠、仪表板、门板、后尾门等应用，对线膨胀系数要求都非常高，只是我们在设计的时候，经常是和材料、模具、成型脱节，导致这些数据没有用武之地。

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