[科普中国]-尺寸稳定性

尺寸稳定性，是指材料在受机械力、热或其他外界条件作用下，其外形尺寸不发生变化的性能。由于聚合物具有黏弹性，在恒定外力（包括自身质量）作用下，易产生蠕变现象，导致制品的尺寸不稳定。

一般说来，柔性链的聚合物抗蠕变能力较差，而刚性链的聚合物则较强。

纤维及纸张的尺寸不稳定性合成纤维在抽丝过程中，为提高其拉伸强度要进行牵引取向，但取向态又是热力学的不稳定体系，在纤维制品加工过程中(如编织、染色、定型等)也可能解取向，导致纤维及制品尺寸的不稳定，因此要制定合理的工艺条件。

对于纸张不管其水分是否发生变化；或是在印刷和加工处理及使用过程中，不管物理应力及机械应力是否发生变化，纸张保持其大小和形状不变。高度的尺寸稳定性对印刷纸类、建筑纸板、记录纸等是十分重要的。如纸张尺寸0.02%的变化就足以造成印刷困难，大气中5%或稍低一点的相对湿度的变化就能造成套印不合格。

热处理工艺合金微观组织与尺寸稳定性的影响采用冷热循环热处理工艺( 改变的T7热处理工艺) 来调整2A12铝合金显微组织从而提高其材料的尺寸稳定性。结果表明：该热处理方法与常见T6工艺、T4工艺对比，其铝合金的抗拉强度、屈服强度、微屈服强度都明显高于T6工艺15%，更优于T4工艺。显微组织观察表明：经过深冷循环处理的铝合金材料的体积收缩使得材料内部产生了大量的位错和亚晶等，铝合金晶粒没有明显再结晶回复，同时强化相已完全转化为S’相，相比T6工艺析出相析出更完全、分布更加均匀，从而提高其各种力学性能和尺寸稳定性。采用无负载条件下测试尺寸稳定性的结果表示：在相同条件下，T7工艺下比T4工艺下的尺寸稳定性提高了30%。1

冷热冲击下材料尺寸稳定性实时检测参照精密仪表温度冲击的工作状态，提出了交变温度下材料尺寸变化的实时检测的新方法，较之前常见的残余应力测试法( 只能间接推算结果) 、圆环开口法( 测量精度不高，时间周期长) 测试方法更加合理、准确及快捷。通过设定一定的变温速率和循环次数，同时检测每次温度冲击后的在特定温度下的试样剩余长度，累计循环若干次以后便可清晰地检测到材料的尺寸变化，本试验循环温度为20～150℃ 条件下，加热、冷却速率为8℃/min，循环15次，在循环到20℃ 时保温25min后检测并记录试样长度，测试精度可达到10－7。冷热冲击过程中，试样经不同次数的交变温度循环后，其单位尺寸的变化量公式中的L0—试样在起始测试点( 20℃ ) 的尺寸；Li —试样经i次冷热循环后在20℃测量时尺寸。

结果清楚地反映出试样在冷热循环过程中的尺寸变化规律，可同时获得每次冷热循环后试样尺寸的变化量以及固定环次数下的尺寸变化总量，从而可以更加方便、直观地对材料的无负载的条件下尺寸稳定性进行评价。1

交变温度下尺寸变化3种不同的时效热处理方式下，2A12铝合金在20～150℃之间，冷热冲击条件下的所显示的尺寸稳定性结果。2A12铝合金分别经不同时效工艺处理后，在冷热冲击条件下，第一次、第二次循环过程后，3种状态的材料都发生了明显的变化，但T7工艺的变化量明显低于其它两种工艺，随着后续循环过程增加，三种工艺都没有明显的变化。分析结果可得，经T6、T7处理后，其尺寸稳定性都优于T4工艺下的铝合金材料。采用T7热处理工艺后较T4工艺尺寸稳定性提高了33%，较T6工艺下尺寸稳定性提高了15% 。1

热处理对木材吸湿特性及尺寸稳定性的影响分别在常压蒸汽与0.45MPa加压蒸汽条件下，对樟子松和柞木进行热处理，比较了热处理材和未处理材的水分吸湿性及尺寸稳定性差异。结果表明：两种试材经过热处理后不仅吸湿量明显降低，在高湿条件下的吸湿特性也发生了显著变化，当环境相对湿度从69%增至94%时，热处理材的平衡含水率变化率仅为对照材的1/3，细胞壁微观构造在高温条件下的变化可能是造成这一现象的主要原因；吸湿性的降低使热处理材的尺寸稳定性获得了大幅度提高，樟子松试材加压蒸汽热处理后径、弦向湿胀率分别下降了34%和47%，柞木则分别降低了46%和51%；热处理材的弦向抗湿涨系数普遍高于径向抗湿涨系数，表明木材径、弦向的湿胀差异在热处理后也有所缩减；加压蒸汽热处理比常压蒸汽热处理的改性效果更为显著。2

吸湿性与尺寸稳定性的测定将对照材和两种处理材加工成尺寸为20mm×20mm×20mm(顺纹 × 径向 × 弦向) 的试样，共3组，每组10个试样，采用饱和盐溶液法进行吸湿性测试。试验时，将饱和盐溶液置于干燥皿底部。所有木材试样放置于干燥皿中部的带孔隔板上，将干燥皿盖好后放入温度为25℃的调温调湿箱中。预试验结果表明，试样木块质量30d左右可以达到稳定。

每阶段试验结束时，对试样的质量和线性尺寸进行测量。试验结束后，将试样放入烘箱中在103℃下烘至绝干后称质量。试验采用平衡含水率及其变化率指标比较不同试样的吸湿特性，采用线性湿胀率和抗湿胀系数比较试样的尺寸稳定性。

1)木材在25℃，相对湿度条件下的平衡含水率(EMC)：wEMC=(Gr－G0 ) /G0×100% 。

2)EMC变化率：EMC变化率反映了EMC对环境湿度的敏感性。典型的木材吸湿等温线呈“S”形，可划分为3个区域：区域Ⅰ(相对湿度0～30% )，EMC的变化率随RH的增加逐渐变小；区域Ⅱ(相对湿度>30%～60% )，EMC的变化率接近常数；区域Ⅲ(相对湿度 >60%～70% )，EMC的变化率随RH增加而迅速增大。研究中将这一关系进行了简化，假设在区域Ⅲ内EMC变化率也为常量，以此比较不同试材的EMC在区域Ⅱ和区域Ⅲ的变化速度。

3)线性湿胀率(S)：S=(L2－L1 ) /L1×100%。L2为试样在高含水率下的线性尺寸，mm；L1为试样在低含水率下的线性尺寸，mm。试验中将L1定为相对湿度为33%条件( 平衡含水率为6.5% ) 下的试样线性尺寸，而L2为相对湿度为94%条件( 平衡含水率为23.0% ) 下的试样线性尺寸，这一区间也是大多数木质品在使用状态下的湿度范围。

4)抗湿胀系数(ASE)：iASE=(Snt－St )/Snt×100%。(4)式中：iASE 为抗湿胀系数，%；Snt为对照材的线性湿胀率，%；St 为热处理材的线性湿胀率，%。2

尺寸稳定性与吸湿性的变化趋势热处理使木材的径、弦向湿胀性都出现明显下降，而加压蒸汽热处理较常压的影响更大，樟子松试材加压蒸汽热处理后径、弦向湿胀率分别下降了34%和47%，对于柞木这一降幅更是达到46%和51% 。以上数据表明，尺寸稳定性的变化趋势与吸湿性的变化趋势一致。除了柞木常压蒸汽热处理材外，弦向ASE值普遍高于径向ASE 值。Esteves等对松木和桉木热处理材的尺寸稳定性分析也得出了相似结论。这表明热处理材弦向的尺寸稳定性改善比径向更为显著，即热处理不仅提高了木材的尺寸稳定性，而且有助于减小径、弦向之间的湿胀差异。

柞木的热处理温度比樟子松低20℃，然而柞木热处理材的ASE值普遍高于樟子松，这说明柞木在较低的处理温度下就可以达到较高的改性效果。造成这种差异的主要原因在于阔叶材与针叶材半纤维素的成分差异。在阔叶材中，葡萄糖醛酸聚木糖是半纤维素的主要组分，这种多糖的主链是由D吡喃型木糖单元构成，平均每10个木糖单元具有7个乙酰基；而在针叶材中，半乳葡甘露聚糖是主要的半纤维素组分，其主链上平均每3～4个己糖单元才有1个乙酰基替代基团。乙酰基在半纤维素的热解过程中会从主链断开生成乙酸，对半纤维素和纤维素无定形区的降解起到促进作用，阔叶材半纤维素由于具有更多乙酰基，在降解过程中释放的酸性挥发物也更多，因而可以在较低温度下实现显著的改性效果。2

本词条内容贡献者为:

胡建平 - 副教授 - 西北工业大学