26.05.2020 by Milena Riedl, Doreen Rapp
كيفية قياس توسع المواد بسبب امتصاص الماء
في المقالات السابقة، التي ركزت على التحليل الحراري تحت الرطوبة، رأينا أن التحليل الحراري تحت الرطوبة والتحليل الميكانيكي الديناميكي يساعدان في تحديد تأثير الماء على المادة أو المادة. ويكمل التحليل الميكانيكي الحراري التحليل تحت الرطوبة.
في المقالات السابقة، مع التركيز على التحليل الحراري في ظل الرطوبة، رأينا أن التحليل الحراري الثقل الحراري هو طريقة قياسية لتحديد امتصاص الماء وتحديد محتوى الرطوبة. علاوة على ذلك، يساعد التحليل الميكانيكي الديناميكي بالإضافة إلى ذلك في تحديد تأثير الماء والرطوبة على الخواص الميكانيكية للمادة والجزء.
يكتمل التحليل الشامل للمادة أو المادة تحت الرطوبة بالتحليل الميكانيكي الحراري.
التدريب العملي: قياسات TMA تحت الأجواء الرطبة
ما هو التحليل الميكانيكي الحراري؟
يحددالتحليل الميكانيكي الحراري (TMA) التغيرات في أبعاد المواد الصلبة أو السوائل أو المواد الفطرية كدالة لدرجة الحرارة و/أو الوقت تحت قوة ميكانيكية محددة. ويرتبط هذا التحليل ارتباطًا وثيقًا بقياس التمدد الذي يحدد التغير في طول العينات تحت حمل ضئيل.
مثال من مجال البوليمرات
الهدف من التحليل التالي هو تحديد التغير في طول المادة في جو رطب. ولذلك، تم تجهيز جهاز TMA 402 F1 Hyperion®بمولد رطوبة ينتج مستوى رطوبة محدد عن طريق خلط تدفق الغاز الرطب والجاف.
أُجريت التجربة على عينة من رقائق معدنية طولها 250 ميكرومتر بطول 14.93 مم في وضع الشد. وظلت درجة الحرارة ثابتة عند 40 درجة مئوية وتم إجراء خطوات رطوبة بنسبة 25% خلال برنامج درجة الحرارة (المنحنى الأزرق في الشكل 1).
في الشكل 1، يتضح أن هناك زيادة إجمالية تزيد عن 300 ميكرومتر. وقد نتج تغير طول العينة عن زيادة المحتوى المائي في المادة نتيجة لامتصاص الماء. يجب أن يؤخذ هذا التغير في طول المادة تحت الرطوبة في الاعتبار عند بناء أجزاء البوليمر للتطبيقات المختلفة.
يسمح الجمع بين نتائج طرق التحليل الحراري المختلفة بمزيد من التفسير
يسمح الارتباط الجيد بين الطرق المختلفة بمزيد من التفسير. يوضح تحليل TGA وجود تفاعل فيزيائي للماء والرطوبة مع المادة أو المادة. ويمكن رؤية ذلك على أنه زيادة في محتوى الرطوبة وليس سلوك تحلل العينة. وفي وقت لاحق، تُظهر التحليلات باستخدام TMA وDMA التغير الناتج في الخصائص، على سبيل المثال، عملية التمدد و/أو التغيرات في الخواص الميكانيكية.
لنلقِ نظرة على التطبيقات الأخرى!
تطبيق من مجال مستحضرات التجميل
في هذه التجربة، تم تحليل شعرة بشرية عند درجة حرارة ثابتة تبلغ 45 درجة مئوية مع أنواع مختلفة من مستوى الرطوبة تتراوح من 30 إلى 60% من الرطوبة النسبية. يتغير طول الشعر بسبب انخفاض الرطوبة.
اليوم، يُستخدم تحليل الشعر البشري بشكل أساسي في مجال مستحضرات التجميل من أجل معرفة كيفية تفاعل الشعر البشري مع أنواع مختلفة من الظروف المناخية وكيف يمكن للشامبو أو البلسم أن يؤثر على تفاعل الشعر.
تطبيق من مجال مواد البناء
لقياس الخشب، قُطعت العينات بطرق مختلفة، كما هو موضح في هذه الصورة.
يتميز الخشب بتباين كبير فيما يتعلق بتفاعله مع الماء والتوسع اللاحق. يعتمد التغير في الطول الناتج عن امتصاص الماء على الاتجاه الذي تم تحضير عينة الخشب فيه. عند قطعها في الاتجاه الطولي، يتمدد التغير في طول عينة الخشب حوالي 0.1%، بينما في الاتجاه الشعاعي، يصل التمدد إلى 1% تقريبًا، وفي الاتجاه العرضي يصل إلى 2%.
هناك عامل 20 في تغير الطول بين الاتجاهات المختلفة. لذلك، تتم معالجة الخشب بمواد مختلفة من أجل جعله أكثر مقاومة للظروف الجوية المختلفة.
تُظهر الأمثلة السابقة بوضوح أن الرطوبة هي أحد العوامل الأساسية التي تحدد خصائص المواد.
يمكن لأدوات التحليل الحراري أن تعطي نظرة حيوية على امتصاص الماء للمواد والمواد وكذلك المساعدة في تحديد التمدد الطولي الناتج أو التغيرات في الثبات الميكانيكي.
