隨著具身智能（Embodied AI）在2025年政府工作報告中被列為新興科技重點領域，其核心載體——人形機器人、自動駕駛設備等智能系統對材料性能的要求愈發嚴苛。在這一背景下，熱機械分析（TMA）技術能對材料線性膨脹系數（CTE）進行精準測試，成為保障具身智能產品可靠性與穩定性的關鍵技術支撐。

具身智能系統通過物理身體與環境交互，其核心硬件（如關節、傳感器、傳動部件）需在復雜工況下保持穩定。以人形機器人為例，其關節材料需同時滿足高強度、耐磨損、耐高溫等特性，而溫度變化導致的材料形變可能直接影響動作精度甚至引發結構失效。

機器人用PEEK材料

PEEK材料憑借其出色的熱穩定性、機械性能和化學相容性，成為具身智能機器人制造的理想材料。然而，純PEEK也有自己的問題……

圖1 不同加工條件制得的PEEK的TMA曲線

從上圖可以看出，不論是何種加工條件的PEEK，在高溫下的尺寸穩定性都難以保持。

利用PI改性

分子設計角度出發，設計易于熔融加工的熱塑性聚酰亞胺（TPI），以進一步對 PEEK 進行改性，提升其性能。

分別合成了理論分子量為1.5w，3.0w和4.5w的熱塑型聚酰亞胺模塑粉（TPI），作為PEEK的改性原料。

表1 改性后線性膨脹系數

采用TMA（熱機械曲線）測試樣品的線性膨脹系數（CTE）。

從表中可以看出，對于結晶性樣品，在樣品的低溫段，CTE沒有太大差別。而在高溫段，隨著TPI成分增加，樣品的CTE明顯減小。

對于無定形樣品，在玻璃化轉變之前，由于聚合物內部不存在可作為物理交聯點的晶區，所以其變形更加明顯，有更大的線膨脹系數。在高溫段，CTE隨TPI的增加而減小。

說明改性樹脂 TPI 的引入提升了材料的高溫尺寸穩定性。

什么是CTE？

線性熱膨脹系數（CTE）是通過TMA（熱機械分析儀）測試得出，是衡量材料熱穩定性、強度、安全性的重要指標，對分析高分子材料的各種轉變、評價材料的尺寸穩定性具有重要意義。

在實際應用中，兩種不同的材料焊接或熔接時，選擇材料的熱膨脹系數也顯得尤為重要，需要求兩種材料具備相近的熱膨脹系數。一般來說，CTE值越低，尺寸穩定性越好。

熱機械分析儀（TMA）

在一定的升溫速率下，給檢測樣品施加較小的恒定負荷，隨著溫度的升高、時間的增加，樣品發生形變，通過TMA可以直觀看到材料的尺寸與溫度、時間的變化關系。 

樣品要求：

1、可測固體、薄膜、纖維樣；一般做塊體，粉末也可以做，但粉末數據可能意義不大，粉末需要2g

2、壓縮模式：塊狀最大樣品高度：25 mm 最大樣品直徑：10 mm

3、拉伸夾具：長度20～30㎜，寬度＜3.5㎜，一般裁3㎜左右，厚度＜0.5mm，不然夾不住，或者比較厚的話用壓縮探針

4、尺寸：樣品尺寸需符合儀器夾具要求，通常要求長度在幾毫米到幾厘米之間。

5、形狀：可以是薄片、條狀或塊狀，要保證可以穩定放置在測量平臺上。

6、純度：樣品應盡可能純凈，避免雜質影響測試結果。

7、測試說明：每個樣品最好寄三份一樣的，標記測試方向。

國高材分析測試中心熱機械分析儀

技術參數：

• 溫度范圍：-70℃-400℃；
• 升溫速率：0.01-150℃/min；
• 力值范圍：0.001-2N；
• 壓縮模式（固體最大樣品尺寸：最大25mm長，最大樣品直徑10mm；纖維樣品尺寸：最大25mm，寬度4.7mm，厚度至少2-3mm）