安徽
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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
我们往玻璃杯子倒入开水的时候，可能会发生一个现象，就是玻璃开裂，这是因为杯子内部受热尺寸迅速变大，而杯子外部却不允许迅速变化，于是就可能导致玻璃杯的开裂。
这样的案例，在汽车行业就更为明显了。我曾经碰到一个案例，聚丙烯汽车保险杠，注塑出来、冷却、喷漆都没有太大问题，主机厂将保险杠装车，汽车发到4S店开始销售。客户打电话给我，说是4S店的汽车保险杠长翅膀了，也就是变长了，我去4S店看了，在40℃的太阳暴晒下，保险杠尺寸确实变长了，那一年气温非常反常，夏季长时间在40℃上下。
所以中国地大物博，对汽车材料的要求也比较高，比如俄罗斯，你就考虑低温好了，如果是沙特，你就考虑高温，而在中国，你得考虑海南岛的高温、哈尔滨的低温。说来也奇怪，新冠病毒居然能适应如此之环境，我也是服了。
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）。
下图罗列了部分汽车常用材料的线膨胀系数，可以看到，聚丙烯的热胀冷缩比较严重，而加入矿物（如滑石粉）的聚丙烯，CLTE有很大改善，只有纯PP的50%，加入玻璃纤维，则可进一步改善材料的热胀冷缩。
图（1）常见汽车材料线膨胀系数
前面提到的汽车保险杠，一般就是PP+EPDM+TD20材料，其中EPDM表示弹性体，而TD20则表示滑石粉添加量20%。
早期保险杠，看冲击、喷涂性能，而现在的保险杠，则更多看模量（薄壁轻量化）、线膨胀系数（减少零部件之间的间隙），我在看到有些材料公司介绍材料时，经常提到“Zero Gap”，当时不明白什么意思，现在想来，应该是指材料线膨胀系数较低，可以减少零件配合间隙，提高外观美感。
哪些因素可以减少材料的线膨胀系数呢？首先如上文所提到的，填料如滑石粉、玻璃纤维都能大幅度降低聚丙烯材料的CLTE，如下图中滑石粉的影响：
图（2）10%滑石粉填充聚丙烯PP线膨胀系数变化（Jetfine产品介绍）
一般说来，滑石粉的粒径越细，滑石粉含量越高，CLTE越低，所以在尺寸要求比较高的零部件，多加滑石粉并不一定是降低成本，更多是设计要求。
另外就是弹性体POE对线膨胀系数也有非常明显的影响。弹性体的线膨胀系数一般在30左右，而聚丙烯如图1，CLTE在13左右，但两者的共混，聚丙烯在流动方向和垂直流动方向的收缩率却是降低的，这里有一个弹性体拉伸的机理，不作展开。
其实成核剂对线膨胀系数也是有影响的，主要是因为成核剂导致材料结晶，而结晶会有更小的CLTE，具体可以参考下图：
图（3）成核剂对CLTE的影响
线膨胀系数是改性塑料里面比较高要求的一个指标，大部分塑料零部件设计的时候，关心这个指标不多，更多是用经验数据，而在汽车零部件中，因为温度差异比较大，这个指标相对就比较重要。
我去查了所有材料的线膨胀系数，比如聚丙烯是130，而玻璃只有8.5，玻璃的膨胀算很小了，有没有比玻璃还小的材料呢？其实也有，就是钻石，CLTE是1，这么小的线膨胀系数，就算是做保时捷的汽车保险杠都是浪费，还是用于做钻戒比较合理。
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