26.05.2020 by Milena Riedl, Doreen Rapp
Jak měřit roztažnost materiálů v důsledku nasávání vody
V předchozích článcích zaměřených na termickou analýzu za vlhka jsme viděli, že termogravimetrická analýza a dynamická mechanická analýza pomáhají určit vliv vody na materiál nebo látku. Termomechanická analýza doplňuje analýzu za vlhkosti.
V předchozích článcích zaměřených na termickou analýzu za vlhka jsme se přesvědčili, že termogravimetrická analýza je standardní metodou pro identifikaci absorpce vody a stanovení obsahu vlhkosti. Dynamická mechanická analýza navíc pomáhá určit vliv vody a vlhkosti na mechanické vlastnosti materiálu a dílu.
Důkladná analýza materiálu nebo látky za vlhka je doplněna termomechanickou analýzou.
Praktické použití: Měření TMA ve vlhkém prostředí
Co je termomechanická analýza?
Termomechanická analýza (TMA) určuje rozměrové změny pevných látek, kapalin nebo pastovitých materiálů v závislosti na teplotě a/nebo čase při působení definované mechanické síly. Úzce souvisí s dilatometrií, která určuje délkové změny vzorků při zanedbatelném zatížení.
Příklad z oblasti polymerů
Cílem následující analýzy je stanovení délkové změny materiálu ve vlhké atmosféře. Proto byl přístroj TMA 402 F1 Hyperion® vybavengenerátorem vlhkosti , který vytváří definovanou úroveň vlhkosti mícháním proudu vlhkého a suchého plynu.
Experiment byl proveden na vzorku fólie o tloušťce 250 μm a délce 14,93 mm v tahovém režimu. Teplota byla udržována na konstantní hodnotě 40 °C a během teplotního programu byly prováděny kroky vlhkosti po 25 % (modrá křivka na obrázku 1).
Na obrázku 1 je patrné, že došlo k celkovému nárůstu o více než 300 μm. Změna délky vzorku byla způsobena zvýšením obsahu vody v materiálu v důsledku absorpce vody. Tuto změnu délky materiálu vlivem vlhkosti je třeba brát v úvahu při konstrukci polymerních dílů pro různé aplikace.
Kombinace výsledků různých metod termické analýzy umožňuje další interpretaci
Dobrá korelace mezi různými metodami umožňuje další interpretaci. Analýza TGA ukazuje, že dochází k fyzikální interakci vody a vlhkosti s materiálem nebo látkou. Lze ji chápat jako zvýšení obsahu vlhkosti, nikoli jako rozkladné chování vzorku. Následně analýzy pomocí TMA a DMA ukazují výslednou změnu vlastností, např. proces expanze a/nebo změny mechanických vlastností.
Podívejme se na další aplikace!
Aplikace z oblasti kosmetiky
V tomto experimentu byl analyzován lidský vlas při konstantní teplotě 45 °C s různými druhy vlhkosti od 30 do 60 % relativní vlhkosti. Vlasy mění svou délku v důsledku klesající vlhkosti.
Analýza lidských vlasů se dnes používá především v oblasti kosmetiky, aby se zjistilo, jak lidské vlasy reagují na různé druhy klimatických podmínek a jak může šampon nebo kondicionér ovlivnit reakci vlasů.
Aplikace z oblasti stavebních materiálů
Pro měření dřeva byly vzorky řezány různými způsoby, které jsou znázorněny na tomto obrázku.
Dřevo má vysokou anizotropii, pokud jde o jeho interakci s vodou a následnou expanzi. Změna délky v důsledku absorpce vody závisí na směru, kterým byl vzorek dřeva připraven. Při řezání v podélném směru se délková změna vzorku dřeva rozšíří přibližně o 0,1 %, zatímco v radiálním směru dosáhla expanze téměř 1 % a v tangenciálním směru až 2 %.
Změna délky mezi jednotlivými směry je 20násobná. Proto se dřevo ošetřuje různými látkami, aby bylo odolnější vůči různým povětrnostním podmínkám.
Předchozí příklady jasně ukazují, že vlhkost je jedním ze základních parametrů určujících vlastnosti materiálů.
Přístroje pro termickou analýzu mohou poskytnout zásadní informace o absorpci vody materiály a látkami a také pomoci určit výslednou délkovou roztažnost nebo změny mechanické stability.
