Коэффициент расширения пластика и металла
Обновлено: 28.09.2024
Представлена таблица значений коэффициентов теплового линейного расширения (КТЛР) различных типов пластмасс и пластика. Коэффициенты даны в таблице, как для определенной температуры (абсолютный коэффициент расширения), так и для интервала температуры (средний коэффициент расширения в указанном диапазоне температуры).
Значения коэффициентов температурного расширения α приведены в размерности 1/K с множителем 10 5 . Например, КТЛР АБС-пластика при температуре 20 °С имеет величину от 8·10 -5 до 10·10 -5 1/К.
В общем случае пластмасса и пластик имеют сравнительно высокие значения коэффициентов расширения. Увеличение их линейных размеров может многократно превышать расширение металлов в тех же условиях. Такое поведение обусловлено структурой макромолекул полимеров.
Среди всего многообразия пластмасс высоким значением коэффициента линейного расширения отличается в первую очередь полиэтилен высокого, среднего и низкого давления. Значение КТЛР такой пластмассы находится в диапазоне (10…55)·10 -5 1/К. Кроме того, высоким коэффициентом расширения обладают такие полимеры, как: АБС-пластик, капрон, некоторые марки оргстекла, полиамиды, полипропилен и другие пластмассы и пластики.
К пластмассам с низким коэффициентом расширения относятся: аман, кремнийорганические полимеры, прессованный стекловолокнит В, стекловолокно, стеклопластик, текстолит и другие — их КТЛР изменяется от 0,5·10 -5 до 2·10 -5 К -1 .
| Тип (марка) пластмассы | Температура, °С | α ·10 5 , К -1 |
|---|---|---|
| АБС-пластики | 20 | 8…10 |
| Аман | — | 1…2 |
| Аминопласты | — | 2,5…5,3 |
| Анилиноформальдегидные полимеры | — | 5…6 |
| Бакелит | -200…20 | 4,5 |
| Бакелит | -70…20 | 6,7 |
| Бакелит | 0 | 7,6 |
| Волокнит | — | 3…3,5 |
| Дифлон | — | 6 |
| Капролон | — | 6,6…9,8 |
| Капрон А, Б, В | — | 12…14 |
| Капрон стеклонаполненный | — | 10…12 |
| Кремнийорганические полимеры | — | 0,5…2 |
| Лавсан | — | 2,6…2,7 |
| Меламинформальдегидные полимеры | — | 4 |
| Металлополимер для литьевых форм | 27 | 3 |
| Мочевиноформальдегидные полимеры | — | 2,7 |
| Нейлон | -233…20 | 4,6 |
| Нейлон | -173…20 | 5,2 |
| Нейлон | -73…20 | 5,4 |
| Нейлон | -7…20 | 4 |
| Оргстекло ( полиметилметакрилат) ПА-200 | -50 | 5,7 |
| Оргстекло ПА-200 | 0 | 7,7 |
| Оргстекло ПА-200 | 20 | 8,8 |
| Оргстекло СОЛ | 20 | 7,1 |
| Оргстекло СОЛ | 80 | 12,5 |
| Оргстекло СТ-1 | 20 | 7,7 |
| Оргстекло СТ-1 | 100 | 11,1 |
| Оргстекло 2-55 | 20 | 7,3 |
| Пенопласт ПВ | 30 | 3,9 |
| Пенопласт ПС | 20 | 5,2…8,4 |
| Пенопласт ПС-1 | 30 | 5,05 |
| Пенопласт ПС-4 | 30 | 6,2 |
| Пенопласт ПСБ | 30 | 5,5 |
| Пенопласт ПСВ | — | 5,5…6,8 |
| Пенопласт полиуретановый ПУ | 20 | 5 |
| Пенопласт полиуретановый ПУ-101 | 40 | 6,6 |
| Пенопласт полихлорвиниловый ПХВ-1 | 30 | 4,6 |
| Пентон | — | 7,8…8 |
| Пентапласт (ТУ 6-05-1422-74) | — | 5…8 |
| Полиамид-6 | — | 8,2…9,7 |
| Полиамид-12 | — | 9,6…10 |
| Полиамид-66 | — | 9,9 |
| Полиамид-68 | 20 | 6 |
| Полиамид-68 с графитом | — | 10…20 |
| Полиамид-6ВС | — | 10…12 |
| Полиамид-68Т-40 | — | 4,5…4,8 |
| Полиамид-68Т-60 | 20 | 3…3,5 |
| Полиамид-54, Полиамид-548 | — | 13 |
| Полиамид-АК7 | — | 10…11 |
| Полиарилат | — | 6 |
| Полибутилентерефталат | — | 13 |
| Поливинилбутил ПВБ | — | 9,2 |
| Поливинилбутилфталат ПВБФ | — | 13 |
| Поливинилбутилэфир | -180 | 9 |
| Поливинилбутилэфир | -80 | 13 |
| Поливинилбутилэфир | 0…20 | 22 |
| Поливинилфторбутилэфир | -180 | 6,6 |
| Поливинилфторбутилэфир | 80 | 10,7 |
| Поливинилфторбутилэфир | 0…20 | 21,4 |
| Поливинилгексилэфир | -60 | 29,5 |
| Поливинилкарбазол | — | 4 |
| Полиэфирфталат | — | 5,4 |
| Поливинилфторид | — | 5 |
| Поливинилхлорид (винипласт) листовой | — | 6,7 |
| Поливинилхлорид ВМЛ-25 | -50…-10 | 2,8 |
| Поливинилхлорид ВМЛ-25 | 10…30 | 3,9 |
| Полидиметилстирол | — | 7,9 |
| Полихлорстирол | — | 7 |
| Поликарбонат | — | 6…7 |
| Полиметилакрилат | — | 8 |
| Полиметилсилоксан ПМС | -200 | 6,8 |
| Полиметилсилоксан ПМС | -100 | 8,5 |
| Полиметилсилоксан ПМС | 20 | 10 |
| Полиметилфенилсилоксан ПМФС-1 | -200 | 5,4 |
| Полиметилфенилсилоксан ПМФС-1 | -100 | 6,7 |
| Полиметилфенилсилоксан ПМФС-1 | -20 | 10 |
| Полиметилфенилсилоксан ПМФС-2 | -200 | 5,4 |
| Полиметилфенилсилоксан ПМФС-2 | -100 | 6,7 |
| Полиметилфенилсилоксан ПМФС-2 | -20 | 10 |
| Полиоксиметилен | — | 8,1 |
| Полипропилен | 0…100 | 11 |
| Полистирол блочный | — | 6…8 |
| Полистирол МС | — | 7…8 |
| Полистирол МСН | — | 6…9 |
| Полистирол СА | — | 7,4 |
| Полистирол САМП | — | 7,5 |
| Полистирол СВ | — | 8,5 |
| Полистирол светотехнический | — | 6…7 |
| Полистирол СН | — | 8,6…9,5 |
| Полистирол ударопрочный СНП-2 | — | 8,6 |
| Полистирол ударопрочный ПС-СУ-2 | — | 7 |
| Полистирол ударопрочный УП-1Э | — | 7 |
| Полистирольный пластик | — | 8…10 |
| Полисульфон | — | 5,6 |
| Политрихлорфторэтилен (фторопласт-3) | -233…20 | 4 |
| Политрихлорфторэтилен (фторопласт-3) | -173…20 | 4,74 |
| Политрихлорфторэтилен (фторопласт-3) | -73…20 | 5,3 |
| Политрихлорфторэтилен (фторопласт-3) | 20 | 5,6 |
| Политрихлорфторэтилен (фторопласт-3) | 120 | 10 |
| Полиуретан ПУ-1 | — | 13,5 |
| Полифенолоксид | — | 1,6…3,4 |
| Полифенилсилоксан ПФС | -200 | 4,5 |
| Полифенилсилоксан ПФС | -100 | 5,7 |
| Полифенилсилоксан ПФС | 20 | 7 |
| Полихлорстирол | — | 7,4 |
| Полиэтилен ВД | 0…100 | 22…55 |
| Полиэтилен НД | 0…100 | 11…50 |
| Полиэтилен СД | — | 10…55 |
| Полиэтилен кабельный | — | 20 |
| Полиэтилен стеклонаполненный прессованный: | ||
| — 10% стекловолокна | 20 | 7 |
| — 20% стекловолокна | 20 | 5,2 |
| — 40% стекловолокна | 20 | 3 |
| Полиэтилентерефталат (ПЭТ) | -100 | 5 |
| Полиэтилентерефталат (ПЭТ) | 0 | 6,6 |
| Пресс-материал ниплон | — | 5 |
| Пресс-материал фенилон | — | 3,1…2,5 |
| Пресс-материал на фенопластах | — | 1…2,5 |
| Стекловолокнит В, прессованный | 25…200 | 1,24 |
| Стекловолокно | 20…80 | 0,9…1,2 |
| Стекловолокно | 80…160 | 0,4…0,8 |
| Стеклолента: | ||
| — вдоль нитей | 25…100 | 5 |
| — поперек нитей | 25…100 | 8,5 |
| Стеклопластики | — | 0,5…1,2 |
| Стеклотекстолит ВФТ-С | 20…100 | 0,8 |
| Стеклотекстолит КАСТ-В | 20…100 | 0,9 |
| Текстолит листовой А-50 | -173 | 1,25 |
| Текстолит листовой А-50 | -73 | 1,8 |
| Текстолит листовой А-50 | 0 | 2,5 |
| Фенолформальдегидные полимеры | — | 2,5…6 |
| Фторопласт-4 (плотность 2,3 кг/м3) | -233….20 | 7,7 |
| Фторопласт-4 (плотность 2,3 кг/м3) | -173 | 3,6 |
| Фторопласт-4 (плотность 2,3 кг/м3) | 0 | 11,5 |
| Фторопласт-4 (ГОСТ 10007-80) | 120…200 | 15 |
| Фторопласт-4 (ГОСТ 10007-80) | 210…280 | 21 |
| Фторопласт-4М | — | 9 |
| Фторопласт-40 | — | 6,2…9 |
| Фторопласт-42 | — | 9,7…26 |
| Фторопласт-40П | 0 | 11,3 |
| Шеллак | до 46 | 9 |
| Шеллак | выше 46 | 4,4 |
| Эпоксидные смолы | — | 3,5…4 |
| Эпоксидный клей | -200…20 | 7 |
| Эпоксидный клей | -70…20 | 8 |
| ЭПК-1 | -200…20 | 5,16 |
| ЭПК-1 | -70…20 | 7,05 |
| ЭПК-1 | 20 | 6 |
| К-63А | -170 | 3,52 |
| К-63А | -70 | 4,92 |
| К-63А | 20 | 6 |
| Эпоксидный материал КЭП | 20…150 | 5,6 |
| Эпоксидный материал КЭП | 150…200 | 5,6 |
| Этрол нитроцеллюлозный | — | 6,7 |
| Этрол этилцеллюлозный | — | 10…14 |
Примечание:
В случаях, когда в таблице в графе значений температуры стоит прочерк, коэффициенты расширения указаны для температуры применения пластмассы.
Онлайн расчет температурного линейного расширения материалов, металлов, камней, пластиков
Если данный калькулятор был для Вас полезным, пожалуйста нажмите на одну или несколько социальных кнопочек. Благодарим за Ваш большой вклад в поддержку нашего проекта. Желаем Вам крепкого здоровья, счастья, успехов в профессиональной деятельности и дальнейшего процветания Вашего бизнеса. Огромное спасибо.
Больше интересного
Что же такое линолеум на сегодняшний день? Почему он до сих пор популярен и многое другое.
Рассматриваем современные идеи для ванной комнаты. Подбираем практичную мебель для маленькой ванной комнаты. В нынешних тенденциях по-прежнему преобладают минимализм и чистый дизайн. Мебель является неотъемлемой частью дизайна каждой современной ванной комнаты.
Двери межкомнатные на колесиках, их достоинства и главное, что нужно о них знать.
Расчет температурного линейного расширения
Так же, как и здание после строительства может дать «усадку», некоторые материалы, напротив, со временем увеличиваются или удлиняются. Это явление в физике называется тепловым расширением, потому что возникает оно по мере того, как на твердое тело воздействует высокая температура. Оно становится причиной увеличения площади, поэтому фактор расширения необходимо принимать во внимание при строительстве автомагистралей и зданий.
К примеру, при возведении дома с железобетонными элементами в климатических условиях, близким к тропическим или южным, строители могут не учесть вероятность линейного расширения. Впоследствии увеличенные металлические конструкции могут привести к повреждению других механизмов и преждевременному разрушению всей конструкции.
Подобный пример можно привести и при строительстве железнодорожных рельс. Нагреваясь под прямыми лучами солнечного света, молекулы металла расширяются и удлиняются. В холодное время года рельсы напротив, укорачиваются. Хотя это сложно заметить невооруженным взглядом, с целью безопасности нужно учитывать это при строительстве с применением не только металла, но и камня, даже пластика.
Как определить температурное линейное расширение
Чтобы избежать негативных последствий расширения материалов, используются специальные термометры. Они чувствительны к малейшим изменениям температуры. Но лучше предусмотреть возможные изменения и перестраховаться еще на стадии планирования производства. Для этого разработан онлайн-калькулятор, который моментально демонстрирует:
- коэффициент линейного теплового расширения;
- удлинение по осям Х, Y и Z;
- величину, на которую удлиняется материал при заданной температуре.
Все, что нужно сделать для этого – выбрать из выпадающего списка нужный материал, выбрать его параметры: толщину, дину и ширину. Если нужно конкретно узнать его состояние при той или иной температуре, можете выбрать и эту функцию на сайте. Отметим, расчеты проводятся относительно начальной температуры материала 0°C. Ответы выдаются на анализе коэффициентов линейного теплового расширения, и расчетам, которые уже проведены и запрограммированы на сайте. Система реагирует на изменения и самостоятельно выполняет подсчет.
Какие материалы чаще всего подвергаются расширению
Прежде всего, это – металлы: алюминий, купрум, медь. Среди камней можно отметить гранит базальт, кварцит и даже кирпич. Аналогично на высокие температуры реагируют дерево, сложные штукатурки и стекло. Из вышеперечисленных материалов наименьший коэффициент теплового расширения имеют:
- клинкерный и стеновой кирпич;
- дерево;
- штукатурка;
- базальт;
- стеновой кирпич.
Для сравнения, наибольший показатель – у алюминия, стали и меди. К примеру, КТЛР алюминия составляет 24•10-6 1/град, что в 2 раза больше, чем у стали. Поэтому монтаж трубопровода невозможен без предварительных расчетов, особенно если планируется использовать алюминиевые трубы для горячего водоснабжения или отопления. Изменение длины трубопровода при перепадах температуры определяется по формуле
- а – КТЛР материала, из которого изготовлена труба или другое изделие;
- tmax – наибольшая температура, которой достигает теплоноситель;
- tс - температура окружающей среды на момент установки конструкции;
- l - длина трубопровода.
Также есть специально составленные таблицы значений среднего температурного коэффициента линейного расширения различных материалов. Но прибегать к ним и сложным расчетам не обязательно, если под рукой есть интернет и безошибочное решение можно получить с помощью калькулятора за считанные минуты.
Тепловое расширение материалов и клеевое соединение.
При любом соединении деталей, механическом, клеевом, сварном, важно не только получить прочное соединение - не менее важна его долговечность в условиях эксплуатации изделия. Испытать начальную прочность как правило, несложно - устойчивость клеевого соединения к различным типам нагрузки (удары, вибрации, отрыв, расщепление) можно определить испытаниями по стандартным методикам. А вот испытание долговечности соединения представляет собой более сложную и долгую задачу. Необходимо представлять себе условия эксплуатации изделия, собранного с помощью клея, а зная их, оценить поведение соединенных материалов. Так, коррозия под клеевым слоем, встречающаяся при работе клеевого соединения в агрессивных условиях, например, в регионах с морским климатом, в которых сочетается высокая влажность, воздействие мелкодиперсного соляного тумана и, часто, высокие температуры. Это требует длительных испытаний в климатической камере или камере соляного тумана.
Однако существует еще один фактор, который часто упускают из вида, хотя его влияние на надежность, долговечность клеевого соединения очень существенно. Его учет усложняется тем, что протестировать его можно только на полноразмерном изделии точнее - на полноразмерном клеевом соединении. Речь пойдет о различном температурном (или тепловом) расширении материалов. При изменении температуры любой твердый материал сжимается или расширяется. Как правило, при сжатие происходит при охлаждении, а расширение при нагреве (хотя бывают и материалы-исключения, у которых изменение температуры приводит к обратному результату). Для разных материалов одинаковое изменение температуры приводит к различному изменению размера. Поэтому при соединении различных материалов, в тех случаях, когда изделие будет подвергаться температурным перепадам, необходимо учитывать, что изменение температуры приведет к появлению дополнительной сдвиговой нагрузки на клеевой шов.
Насколько велик может быть эффект разницы температурных расширений? Как определить, не опасен ли он для нашего соединения? Как склеить изделие, учитывая этот эффект? На эти вопросы я постараюсь ответить ниже.
Коэффициент теплового (температурного) расширения является характеристикой каждого материала и показывает насколько этот материал увеличивается (уменьшается) в размере при изменении температуры на один градус. Абсолютная величина расширения или сжатия, кроме коэффициента, зависит от размера изделия и изменения температуры.
Из часто используемых материалов, наиболее низким коэффициентом теплового расширения обладает стекло; несколько выше коэффициент расширения у металлов, значительно выше у пластиков. Коэффициенты теплового расширения некоторых материалов приведены в таблице.
| Материал | Коэффициент теплового расширения, мм/мм*К |
| Стекло | 9 х 10-6 |
| Сталь | 12-14 х 10-6 |
| Алюминий | 24 х 10-6 |
| Полиметилметакрилат (ПММА) | 74 х 10-6 |
| Поликарбонат | 68 х 10-6 |
| Полипропилен | 86 х 10-6 |
| Полиэфир | 120 х 10'6 |
Конечно, каждый металл или сплав, каждый пластик этот параметр имеет свою величину коэффициента. Однако, беря типичные характеристики и температурный перепад 65С (от +25 С при соединении летом до - 40С зимой) можно рассчитать, что одинаковые детали из оргстекла (полиметилметакрилат) и алюминия длиной при соединении 1 метр, зимой будут различаться по длине на 3,5 миллиметра. Жесткое крепление в таком случае неизбежно приведет или к растрескиванию пластика, или к разрушению клеевого соединения, или к деформации (прогибу) пластиковой детали. Конечно, различное расширение материалов необходимо учитывать при любом способе крепления, клеевом или механическом.
Именно зависимость от размера изделия делает сложным лабораторное испытание -стандартные образцы соединения для испытания на сдвиг размером, скажем 25x12 мм могут без потери прочности пройти многократные температурные перепады; но при длине клеевого шва один-два метра, тот же клей на тех же материалах окажется неспособен выдержать типичные для улицы температурные перепады. Впрочем, при использовании жесткого клея разрушение соединения может произойти и на изделиях небольшого размера, особенно если один из соединяемых материалов - стекло. Ввиду хрупкости этого материала, неправильный выбор продукта часто приводит к растрескиванию стекла при охлаждении даже на изделиях небольшого размера. Испытания изделий больших размеров требует использования дорогого и сравнительно редкого оборудования. К счастью, часто оценить воздействие теплового расширения материалов можно и без проведения испытаний. Необходимо учитывать сейчас с использованием клеевых технологий часто собираются изделия большого размера - рекламные вывески, фасадные панели и многие другие. Оценку возможных тепловых расширений соединяемых материалов, по моему мнению, всегда следует проводить если соблюдаются следующие условия:
1. Соединяются различные материалы; такие пары, как стекло-металл, стекло-пластик, металл-пластик наиболее «опасны» с точки зрения расширения.
2. Изделие будет эксплуатироваться на улице или подвергаться нагреву/охлаждению более, чем на 20 С.
3. Максимальный размер изделия более 30 мм.
Как же избежать возникновения критических для клеевого шва нагрузок, вызванных различным тепловым расширением соединенных материалов?
Очевидное решение задачи - использовать эластичный клей. Однако, при выборе продукта нередко забывают вот о чем: во-первых, продукт должен оставаться эластичным при охлаждении. Некоторые клеи и герметики, эластичные при температуре близкой к комнатной, становятся жесткими при охлаждении до -5 - - 10°С, то есть теряют способность компенсировать движение соединенных поверхностей друг относительно друга именно тогда, когда это движение становится значительным. Во-вторых, даже использую эластичный клей или герметик, необходимо создавать клеевой шов достаточной толщины. Например, полиуретановые герметики, безусловно, одни из наиболее эластичных клеевых продуктов - их растяжение до разрыва составляет 500-700%, а у некоторых и несколько больше. Тем не менее, длительно (а расширение/сжатие материалов, связанное, например, с сезонными колебаниями температуры, это именно длительное изменение) они выдерживают сдвиговые деформации 20-25% от толщины. Попробуем оценить, какую толщину должен иметь полиуретановый герметик для соединения стекла и алюминия длиной 1 метр при изменении температуры от +25при склейке до -40. Расчет с учетом типичных коэффициентов для стекла и алюминия (напомню, точное значение несколько меняется в зависимости от марки стекла или алюминиевого сплава) дает значение примерно 1,4 мм. Для надежного крепления стекла в таком случае потребуется толщина клеевого слоя 5,5-6,0 миллиметров (кстати, именно эту минимальную толщину многие производители полиуретановых герметиков рекомендуют для соединения стекла с металлом).
Отличным решением для соединения материалов с различным тепловым расширением являются ленты ЗМ™ VHB™ - двусторонние монтажные ленты, состоящие только из акрилового полимера. Вязкоупругая основа этих лент, в отличие от герметиков и, тем более, от двухкомпонентных клеев, выдерживает без разрушения сдвиговые деформации до 300% от толщины ленты. Максимальная толщина ленты VHB™ составляет 3 мм, позволяя, таким образом, компенсировать разницу расширений до 15 мм. Акриловый полимер сохраняет эластичность до - 40С, а у некоторых лент VHB™ и при более низких температурах. Ленты ЗМ™ VHB™ успешно используются для соединения стекла с алюминием, в том числе в архитектурных объектах и подтвердили свою работоспособность при соединении самых разных сочетаний материалов в очень широком диапазоне температур.
Коэффициенты температурного расширения пластмасс и пластика
В этой статье мы поговорим об таком замечательном изобретении как веранда.
Древесина очень хрупкий материал, в этой статье мы расскажем как можно продлить ей жизнь.
В этой статье речь пойдет от таком виде полового покрытия как керамогранитная плитка.
Читайте также: