26.05.2020 by Milena Riedl, Doreen Rapp
Как да измерваме разширението на материалите вследствие на поглъщането на вода
В предишните статии, посветени на термичния анализ в условията на влажност, видяхме, че термогравиметричният анализ и динамичният механичен анализ помагат да се определи влиянието на водата върху даден материал или вещество. Термомеханичният анализ допълва анализа при влажност.
В предишните статии, посветени на термичния анализ в условията на влажност, видяхме, че термогравиметричният анализ е стандартен метод за идентифициране на абсорбцията на вода и определяне на съдържанието на влага. Освен това динамичният механичен анализ допълнително помага да се определи влиянието на водата и влажността върху механичните свойства на материала и детайла.
Задълбоченият анализ на материал или вещество, подложени на влажност, се завършва с термомеханичен анализ.
Практическо приложение: Измервания на TMA във влажна атмосфера
Какво представлява термомеханичният анализ?
Термомеханичният анализ (ТМА) определя промените в размерите на твърди, течни или пастообразни материали като функция на температурата и/или времето при действието на определена механична сила. Той е тясно свързан с дилатометрията, която определя изменението на дължината на пробите при незначително натоварване.
Пример от областта на полимерите
Целта на следващия анализ е да се определи изменението на дължината на материала във влажна атмосфера. Поради това TMA 402 F1 Hyperion® е оборудван сгенератор на влажност , който създава определено ниво на влажност чрез смесване на мокър и сух газов поток.
Експериментът е проведен върху образец от фолио с дебелина 250 μm и дължина 14,93 mm в режим на опън. Температурата е поддържана постоянна на 40 °C, а по време на температурната програма са извършвани стъпки на влажност от 25 % (синята крива на фигура 1).
На фигура 1 става ясно, че общото увеличение е с повече от 300 μm. Промяната в дължината на образеца се дължи на увеличаването на водното съдържание в материала в резултат на абсорбцията на вода. Тази промяна на дължината на материала под въздействието на влагата трябва да се вземе предвид при конструирането на полимерни части за различни приложения.
Комбинацията от резултати от различни методи за термичен анализ позволява по-нататъшно тълкуване
Добрата корелация между различните методи дава възможност за по-нататъшно тълкуване. Анализът на TGA показва, че има физическо взаимодействие на водата и влажността с даден материал или вещество. Това може да се разглежда като увеличаване на съдържанието на влага, а не като поведение на разлагане на пробата. Впоследствие анализите с TMA и DMA показват произтичащата от това промяна на свойствата, например процес на разширяване и/или промени в механичните свойства.
Нека разгледаме други приложения!
Приложение от областта на козметиката
В този експеримент човешка коса е анализирана при постоянна температура от 45°C и различни нива на влажност от 30 до 60% относителна влажност. Дължината на косата се променя в резултат на намаляването на влажността.
Днес анализът на човешката коса се използва главно в областта на козметиката, за да се установи как косата реагира на различни климатични условия и как един шампоан или балсам може да повлияе на реакцията на косата.
Приложение от областта на строителните материали
За измерването на дървесината пробите бяха изрязани по различни начини, илюстрирани на тази снимка.
Дървесината има висока анизотропия по отношение на взаимодействието си с водата и последващото разширяване. Промяната на дължината, дължаща се на поглъщането на вода, зависи от посоката, в която е подготвена дървената проба. При разрязване в надлъжна посока изменението на дължината на дървесен образец се разширява с около 0,1 %, докато в радиална посока разширението достига почти 1 %, а в тангенциална посока - до 2 %.
Промяната в дължината между различните направления е 20 пъти по-голяма. Поради това дървесината се обработва с различни вещества, за да стане по-устойчива на различни атмосферни условия.
Предишните примери ясно показват, че влажността е един от съществените параметри, определящи свойствата на материалите.
Уредите за термичен анализ могат да дадат важна представа за абсорбцията на вода от материалите и веществата, както и да помогнат за определяне на произтичащото от това удължаване на дължината или промени в механичната стабилност.
