26.05.2020 by Milena Riedl, Doreen Rapp
Cómo medir la dilatación de los materiales debido a la absorción de agua
En los artículos anteriores, centrados en el análisis térmico bajo humedad, hemos visto que el análisis termogravimétrico y el análisis mecánico dinámico ayudan a determinar la influencia del agua en un material o sustancia. El análisis termomecánico complementa el análisis bajo humedad.
En los artículos anteriores, centrados en el análisis térmico en condiciones de humedad, hemos visto que el análisis termogravimétrico es un método estándar para la identificación de la absorción de agua y la determinación del contenido de humedad. Además, el análisis mecánico dinámico ayuda adicionalmente a determinar la influencia del agua y la humedad en las propiedades mecánicas de un material y una pieza.
El análisis exhaustivo de un material o sustancia sometidos a humedad se completa con el análisis termomecánico.
Práctica: Mediciones de TMA en atmósferas húmedas
¿Qué es el análisis termomecánico?
El análisis termomecánico (TMA) determina los cambios dimensionales de sólidos, líquidos o materiales pastosos en función de la temperatura y/o el tiempo bajo una fuerza mecánica definida. Está estrechamente relacionado con la Dilatometría, que determina el cambio de longitud de las muestras bajo una carga insignificante.
Un ejemplo en el campo de los polímeros
El objetivo del siguiente análisis es la determinación del cambio de longitud del material en una atmósfera húmeda. Por lo tanto, se equipó un TMA 402 F1 Hyperion® con ungenerador de humedad que produce un nivel de humedad definido mezclando el flujo de gas húmedo y seco.
El experimento se llevó a cabo en una muestra de lámina de 250-μm con una longitud de 14,93 mm en modo de tensión. La temperatura se mantuvo constante a 40 °C y se realizaron pasos de humedad del 25 % durante el programa de temperatura (curva azul de la figura 1).
En la figura 1, queda claro que hay un aumento total de más de 300 μm. El cambio de longitud de la muestra se debió al aumento del contenido de agua en el material como consecuencia de la absorción de agua. Este cambio de longitud de un material sometido a humedad debe tenerse en cuenta a la hora de construir piezas de polímero para diferentes aplicaciones.
La combinación de los resultados de diferentes métodos de análisis térmico permite una interpretación más profunda
La buena correlación entre los distintos métodos permite una interpretación más profunda. El análisis TGA muestra que existe una interacción física del agua y la humedad con un material o sustancia. Esto puede verse como un aumento del contenido de humedad y no como un comportamiento de Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición de la muestra. Posteriormente, los análisis con TMA y DMA muestran el cambio de propiedades resultante, por ejemplo, proceso de expansión y/o cambios en las propiedades mecánicas.
Veamos otras aplicaciones
Una aplicación en el campo de la cosmética
En este experimento, se analizó un cabello humano a una temperatura constante de 45°C con diferentes tipos de nivel de humedad, del 30 al 60% de humedad relativa. El cabello cambia de longitud al disminuir la humedad.
Hoy en día, el análisis del cabello humano se utiliza principalmente en el campo de la cosmética para averiguar cómo reacciona el cabello humano a distintos tipos de condiciones climáticas y cómo puede influir un champú o un acondicionador en la reacción del cabello.
Una aplicación en el ámbito de los materiales de construcción
Para la medición de la madera, las muestras se cortaron de diferentes formas, ilustradas en esta imagen.
La madera presenta una gran anisotropía en lo que respecta a su interacción con el agua y la expansión subsiguiente. El cambio de longitud debido a la absorción de agua depende de la dirección en que se haya preparado la muestra de madera. Cortada en dirección longitudinal, el cambio de longitud de una muestra de madera se expande alrededor del 0,1%, mientras que en dirección radial, la expansión alcanza casi el 1%, y en dirección tangencial hasta el 2%.
Hay un factor de 20 en el cambio de longitud entre las distintas direcciones. Por ello, la madera se trata con distintas sustancias para hacerla más resistente a las diferentes condiciones climáticas.
Los ejemplos anteriores muestran claramente que la humedad es uno de los parámetros esenciales que definen las propiedades de los materiales.
Los instrumentos de análisis térmico pueden proporcionar información vital sobre la absorción de agua de materiales y sustancias, así como ayudar a determinar la expansión longitudinal resultante o los cambios en la estabilidad mecánica.
