26.05.2020 by Milena Riedl, Doreen Rapp
Hogyan mérjük az anyagok vízfelvétel miatti tágulását?
Az előző, a nedvesség alatti termikus analízisre összpontosító cikkekben láttuk, hogy a termogravimetriás analízis és a dinamikus mechanikai analízis segít meghatározni a víz hatását egy anyagra vagy anyagra. A termomechanikai elemzés kiegészíti a nedvesség alatti elemzést.
A korábbi, a nedvesség alatti termikus analízisre összpontosító cikkekben láthattuk, hogy a termogravimetriás analízis a vízfelvétel azonosításának és a nedvességtartalom meghatározásának szabványos módszere. Továbbá a dinamikus mechanikai analízis ezen felül segít meghatározni a víz és a nedvesség hatását az anyag és az alkatrész mechanikai tulajdonságaira.
Egy anyag vagy anyag alapos elemzése a nedvesség hatására termomechanikai elemzéssel fejeződik be.
Kézzelfogható: TMA mérések nedves légkörben
Mi az a termomechanikai elemzés?
A termomechanikai elemzés (TMA) a szilárd, folyékony vagy pasztaszerű anyagok méretváltozását határozza meg a hőmérséklet és/vagy az idő függvényében, meghatározott mechanikai erő hatására. Szorosan kapcsolódik a dilatometriához, amely a minták hosszváltozását határozza meg elhanyagolható terhelés mellett.
Egy példa a polimerek területéről
Az alábbi elemzés célja az anyag hosszváltozásának meghatározása nedves légkörben. Ezért egy TMA 402 F1 Hyperion® készüléketpáragenerátorral szereltünk fel, amely nedves és száraz gázáram keverésével meghatározott páratartalmat állít elő.
A kísérletet egy 14,93 mm hosszúságú, 250 μm-es fóliamintán végeztük el feszített üzemmódban. A hőmérsékletet állandóan 40 °C-on tartottuk, és a hőmérsékleti program során 25 %-os páratartalom-lépéseket hajtottunk végre (kék görbe az 1. ábrán).
Az 1. ábrán jól látható, hogy a teljes növekedés több mint 300 μm. A minta hosszváltozását az anyag víztartalmának növekedése okozta a vízfelvétel következtében. Az anyagnak ezt a nedvesség hatására bekövetkező hosszváltozását figyelembe kell venni a különböző alkalmazásokhoz szánt polimer alkatrészek gyártásakor.
A különböző hőelemzési módszerek eredményeinek kombinációja lehetővé teszi a további értelmezést
A különböző módszerek közötti jó korreláció lehetővé teszi a további értelmezést. A TGA-elemzés azt mutatja, hogy a víz és a nedvesség fizikai kölcsönhatásban van egy anyaggal vagy anyaggal. Ez a nedvességtartalom növekedésének és nem a minta bomlási viselkedésének tekinthető. Ezt követően a TMA és DMA elemzések megmutatják az ebből eredő tulajdonságváltozást, pl. a tágulási folyamatot és/vagy a mechanikai tulajdonságok változását.
Nézzünk meg más alkalmazásokat!
Egy alkalmazás a kozmetika területén
Ebben a kísérletben egy emberi hajat elemeztek 45°C-os állandó hőmérsékleten, 30 és 60% közötti relatív páratartalom mellett. A haj hossza a csökkenő páratartalom hatására változik.
Manapság az emberi haj elemzését elsősorban a kozmetika területén használják, hogy kiderítsék, hogyan reagál az emberi haj a különböző éghajlati viszonyokra, és hogyan befolyásolhatja egy sampon vagy kondicionáló a haj reakcióját.
Egy alkalmazás az építőanyagok területéről
A fa méréséhez a mintákat különböző módon vágták ki, amit ez a kép szemléltet.
A fa nagyfokú anizotrópiával rendelkezik a vízzel való kölcsönhatás és az azt követő tágulás tekintetében. A vízfelvétel miatti hosszváltozás függ attól, hogy a faanyagmintát milyen irányban készítették el. Hosszanti irányban vágva a faanyagminta hosszváltozásának mértéke körülbelül 0,1%, míg radiális irányban a tágulás közel 1%, érintőleges irányban pedig akár 2% is lehet.
A különböző irányok közötti hosszváltozás 20-szoros. Ezért a fát különböző anyagokkal kezelik, hogy ellenállóbbá tegyék a különböző időjárási viszonyokkal szemben.
Az előző példák világosan mutatják, hogy a páratartalom az anyagok egyik alapvető tulajdonságmeghatározó paramétere.
A hőelemző műszerek fontos betekintést nyújthatnak az anyagok és anyagok vízfelvételébe, valamint segíthetnek meghatározni az ebből eredő hossznövekedést vagy a mechanikai stabilitás változását.
