广州纤维增强复合材料热膨胀系数测试-线性热膨胀系数测试-热机械分析法

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       纤维增强复合材料是由增强纤维材料，如玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维以及其他纤维，比方有亚麻、棉或竹纤维等，与基体材料（树脂基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料）等经过缠绕，模压或拉挤等形成的复合材料。因为复合材料轻质高强和轻质高模的优良特性，使其在航空、航天、汽车等领域得到广泛的应用。在复合材料的性能指标中，热膨胀系数是一个重要的参数，它直接关系到复合材料在温度变化下的尺寸稳定性、热应力、热变形等行为，为复合材料选择、设计和优化提供依据。

复合材料应用领域

一、纤维增强复合材料热膨胀系数的定义

       热膨胀系数是指复合材料在温度变化下，单位长度的相对伸长量和温度变化量的比值。它反映了复合材料在温度变化下的体积膨胀或收缩能力，是复合材料科学研究和工程应用中不可或缺的重要参数。

热膨胀系数示意图

二、纤维增强复合材料热膨胀系数测试方法

在进行热膨胀系数实验测试时，常用的方法包括线性热膨胀系数测试(CTE)和体积热膨胀系数测试。线性热膨胀系数测试主要关注复合材料在温度变化时长度的变化，体积热膨胀系数测试则关注复合材料在温度变化时体积的变化。这二种测试方法各具特点，可根据实验目的和材料特性进行选择。

1.线性热膨胀系数测试方法：

顶杆法 ‌：通过机械顶杆接触试样一端，另一端连接位移传感器。温度变化时，试样膨胀或收缩推动顶杆，位移传感器记录长度变化，结合温度差计算线膨胀系数。适用于固体材料，如金属、陶瓷、塑料、橡胶等‌。

顶杆法-顶杆式热膨胀仪

激光法 ‌：利用激光测距仪直接测量试样两端距离变化，避免接触应力干扰。适用于软质材料、薄试样或高精度需求场景‌。

激光法-激光热膨胀仪‌

干涉法 ‌：基于光的干涉现象，通过测量试样与参考镜之间的干涉条纹变化计算长度变化。适用于超精密材料，如光学玻璃、半导体材料‌。

干涉法-激光干涉热膨胀仪

热机械分析法 ‌：通过高精度位移传感器监测样品在受控温度环境下的微小形变，直接计算线性热膨胀系数。适用于薄膜、复合材料等微小样品。

热机械分析法-热机械分析仪

应变片法 ‌：将电阻应变片粘贴于样品表面，通过电阻变化反映热应变。适用于表面可粘贴的金属或硬质材料‌。

应变片法-应变片

X射线衍射法 ‌：通过分析晶面间距随温度的变化计算晶格层面的热膨胀。适用于高精度的测量‌。

X射线衍射法-高温X射线衍射仪‌‌

2. 体积膨胀系数测量方法：

气体膨胀计法‌：这种方法利用高精度压力容器，内部填充一定量的已知气体（如氦气），并在容器内放置待测样品。通过测量气体压力随温度的变化来间接反映样品体积的变化。具体步骤包括装置构建、温度控制和数据处理，通过理想气体状态方程反推出样品体积的变化，进而计算出体积膨胀系数‌。

气体膨胀计法-高压密闭气体膨胀设备

液体浸没法‌：这种方法通过将样品浸入液体中，利用液体体积的变化来反映样品的体积膨胀。具体步骤包括样品准备、液体选择、温度控制和数据处理，通过测量液体体积的变化来计算体积膨胀系数‌。

液体浸没法-精密恒温浸没密度测量设备

三、纤维增强复合材料热膨胀系数测试适用标准：

1.线性热膨胀系数测试-顶杆示差法

中国标准：

GB/T 2572-2005纤维增强塑料平均线膨胀系数试验方法；

GB/T 1036-2008塑料 -30℃~30℃线膨胀系数的测定 石英膨胀计法；

美国标准：

ASTM E831-2019通过热机械分析测定固体材料线性热膨胀的标准测试方法；

ASTM D696-16使用石英玻璃热膨胀仪测定-30℃和30℃范围内的塑料线性热膨胀系数的标准试验方法；

‌ASTM E228-17推杆式热膨胀仪测量固体材料线性热膨胀的标准试验方法；

2. 线性热膨胀系数测试-热机械分析法-国际电子工业联接协会(IPC)制定的标准：

IPC-TM-650 2.4.24C TMA测量玻璃化转变温度和Z轴热膨胀系数；

3. 线性热膨胀系数测试-热机械分析法

中国标准：

GB/T 36800.1-2018塑料 热机械分析法(TMA) 第1部分：通则；

GB/T 36800.2-2018 塑料 热机械分析法(TMA) 第2部分：线性热膨胀系数和玻璃化转变温度的测定；

国际标准：

ISO 11359-2:2021 塑料-热力学分析(TMA)-第2部分：线性热膨胀系数和玻璃化转变温度的测定；

ISO 7820车用复合材料热膨胀系数测试；

4. 线性热膨胀系数测试-热机械分析法

日本标准：

JIS K7197:2003塑料-通过热机械分析法测定线性热膨胀系数的方法；

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