26.05.2020 by Milena Riedl, Doreen Rapp
Sådan måler man materialers udvidelse på grund af vandoptagelse
I de tidligere artikler med fokus på termisk analyse under fugtighed har vi set, at termogravimetrisk analyse og dynamisk mekanisk analyse hjælper med at bestemme vandets indflydelse på et materiale eller stof. Termomekanisk analyse supplerer analysen under fugtighed.
I de tidligere artikler med fokus på termisk analyse under fugt har vi set, at termogravimetrisk analyse er en standardmetode til identifikation af vandabsorption og bestemmelse af fugtindhold. Desuden hjælper dynamisk mekanisk analyse med at bestemme vandets og fugtens indflydelse på de mekaniske egenskaber af et materiale og en del.
Den grundige analyse af et materiale eller stof under fugt afsluttes med termomekanisk analyse.
Hands-on: TMA-målinger under fugtige atmosfærer
Hvad er termomekanisk analyse?
Termomekanisk analyse (TMA) bestemmer dimensionsændringer af faste, flydende eller pastøse materialer som en funktion af temperatur og/eller tid under en defineret mekanisk kraft. Det er nært beslægtet med dilatometri, som bestemmer længdeændringen af prøver under ubetydelig StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning.
Et eksempel fra området polymerer
Formålet med den følgende analyse er at bestemme materialets længdeændring i en fugtig atmosfære. Derfor blev en TMA 402 F1 Hyperion® udstyret med enfugtighedsgenerator , der producerer et defineret fugtighedsniveau ved at blande våd og tør gasstrøm.
Forsøget blev udført på en folieprøve på 250 μm med en længde på 14,93 mm i spændingstilstand. Temperaturen blev holdt konstant på 40 °C, og der blev udført fugtighedstrin på 25 % under temperaturprogrammet (blå kurve i figur 1).
I figur 1 bliver det tydeligt, at der er en samlet stigning på mere end 300 μm. Prøvens længdeændring skyldtes stigningen i vandindholdet i materialet som følge af vandabsorption. Denne længdeændring af et materiale under fugtighed skal tages i betragtning, når man konstruerer polymerdele til forskellige anvendelser.
Kombinationen af resultater fra forskellige termiske analysemetoder giver mulighed for yderligere fortolkning
Den gode korrelation mellem de forskellige metoder giver mulighed for yderligere fortolkning. TGA-analyse viser, at der er en fysisk interaktion mellem vand og fugtighed og et materiale eller stof. Dette kan ses som en stigning i fugtindholdet og ikke som en NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning af prøven. Efterfølgende viser analyser med TMA og DMA den resulterende egenskabsændring, f.eks. ekspansionsproces og/eller ændringer i de mekaniske egenskaber.
Lad os se på andre applikationer!
En applikation fra kosmetikområdet
I dette eksperiment blev et menneskehår analyseret ved en konstant temperatur på 45 °C med forskellige former for luftfugtighed fra 30 til 60 % relativ luftfugtighed. Håret ændrer længde på grund af faldende luftfugtighed.
I dag bruges analyse af menneskehår hovedsageligt inden for kosmetik for at finde ud af, hvordan menneskehår reagerer på forskellige slags klimatiske forhold, og hvordan en shampoo eller balsam kan påvirke hårets reaktion.
En anvendelse inden for byggematerialer
Til måling af træ blev prøverne skåret på forskellige måder, som illustreret på dette billede.
Træ har en høj anisotropi med hensyn til dets interaktion med vand og den efterfølgende udvidelse. Længdeændringen på grund af vandoptagelse afhænger af, hvilken retning træprøven er blevet forberedt. Skåret i længderetningen udvides længdeændringen af en træprøve med ca. 0,1 %, mens udvidelsen i radial retning nåede op på næsten 1 % og i tangentiel retning op til 2 %.
Der er en faktor 20 i længdeændringen mellem de forskellige retninger. Derfor behandles træ med forskellige stoffer for at gøre det mere modstandsdygtigt over for forskellige vejrforhold.
De foregående eksempler viser tydeligt, at fugtighed er en af de væsentlige parametre, der definerer materialers egenskaber.
Termiske analyseinstrumenter kan give vigtig indsigt i materialers og stoffers vandabsorption og hjælpe med at bestemme den resulterende længdeudvidelse eller ændringer i den mekaniske stabilitet.
