（发布于2013年4月29日‌《PT Plastics》）

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--所有材料都具有一种称为热膨胀系数（CTE）的特性。绝大多数材料会随温度升高而膨胀，随温度降低而收缩。

在巴黎附近的国际计量局内，存放着一根由90%铂和10%铱制成的金属棒，其表面精确刻有两道标记。该金属棒在严格受控的环境下保存，当温度为0°C时，两道标记之间的距离定义为1米。70余年来，这根金属棒一直是国际单位制（SI）中这一基本长度单位的全球标准。

为何要如此费力地定义长度单位？部分答案在于所有材料共有的特性：热膨胀系数（CTE）。绝大多数材料会随温度升高而膨胀，随温度降低而收缩。大多数金属材料的CTE值约为10×10^-6 m/m·°C，而未填充聚合物的CTE值通常高出一个数量级，约为每英寸每°C变化0.0001英寸。

一个关于高精度零件生产和测量的故事能说明这一特性的重要性。本系列第一部分曾讨论过由未填充PBT聚酯成型的零件——一个高约5英寸的圆柱体，底部带法兰且封闭端为浇口位置。其关键尺寸是从底部法兰到另一端的深度，要求为4.941±0.008英寸。由于零件壁厚仅0.250英寸且成型后需2小时才能达到尺寸稳定，该尺寸的控制始终是生产难点。

通过绘制关键尺寸随时间变化的图表（如第一部分所述），这一问题得以解决。但该零件多年来仍带来诸多挑战，常令我们提防意外状况。

这些零件需外协进行机械加工，随后返回工厂进行终检再发货。某年1月，威斯康星州室外温度低至10°F（-12°C），比室温低35°C。质检人员为省力，直接在寒冷的装卸区用深度千分尺测量，结果发现零件尺寸偏小。当我拿起冰凉的零件复测时，立即建议将零件移至实验室回温。果然，恢复室温后尺寸重新达标。

分析PBT聚酯的CTE（0.000075 in./in.·°C）可知：35°C温差作用于5英寸长度时，尺寸变化达0.013英寸，几乎覆盖整个公差带。这凸显了在标准条件下测量关键尺寸的重要性。

某些图纸会明确标注检测尺寸时的温度范围，体现对CTE影响的认知——这一点常被忽视。与其他尺寸稳定性因素相同，零件越大，CTE的影响越显著。

1980年代初期推行注塑机SPC（统计过程控制）时，我们曾深刻领会这一教训。当时为方便操作员实时记录数据，将检测工具直接安装在设备旁。某些量具需测量万分之一英寸级的尺寸，但分析过程能力指数（ Cp 和 Cpk 值的数据）时结果却意外偏低。而事后QC人员复检同一批次零件时，去发现其变异幅度要小得多。

起初归因于质检人员的专业性，并认为单一的测量操作可能缺失了测量的校验与重复进行。但进一步调查发现：未安装空调的厂房在夏季（即使威斯康星州）温度波动可达50°F（28°C）。控制图上清晰可见温度波动与正常过程变异叠加的波形——高温时段成型的零件因CTE效应收缩较少。这不仅虚增过程变异，还易引发对虚假趋势的误判。

因此，除前述尺寸稳定性因素外，还需补充：即使已稳定的零件，在不同环境温度下测量仍会呈现差异。材料的CTE、零件尺寸、乃至聚合物分子取向与测量方向的相对关系，均会影响测量结果对温度的敏感度。