
26.05.2020 by Milena Riedl, Doreen Rapp
수분 흡수로 인한 재료의 팽창을 측정하는 방법
이전 글에서는 습도에서의 열 분석에 초점을 맞춰 열무게 분석과 동적 기계 분석이 물이 재료 또는 물질에 미치는 영향을 파악하는 데 도움이 된다는 것을 살펴봤습니다. 열역학적 분석은 습도 하에서의 분석을 보완합니다.
이전 기사에서는 습도에서의 열 분석에 초점을 맞추어 열무게 분석이 수분 흡수를 식별하고 수분 함량을 측정하는 표준 방법이라는 것을 살펴보았습니다. 또한 동적 기계 분석은 물과 습도가 재료와 부품의 기계적 특성에 미치는 영향을 추가로 파악하는 데 도움이 됩니다.
습도에 따른 재료 또는 물질의 철저한 분석은 열역학적 분석을 통해 완성됩니다.
실습: 실습: 습한 대기에서의 TMA 측정
열역학 분석이란 무엇인가요?
열역학 분석(TMA)은 정의된 기계적 힘 하에서 온도 및/또는 시간의 함수로서 고체, 액체 또는 페이스트 물질의 치수 변화를 측정합니다. 이는 무시할 수 있는 하중 하에서 시료의 길이 변화를 측정하는 팽창계측법과 밀접한 관련이 있습니다.
폴리머 분야의 예
다음 분석의 목적은 습한 대기에서 재료의 길이 변화를 측정하는 것입니다. 따라서 습식 및 건식 가스 흐름을 혼합하여 정해진 습도 수준을 생성하는 습도 발생기 ( TMA 402 F1 Hyperion® )를 장착했습니다.
실험은 장력 모드에서 길이 14.93mm의 250μm 호일 샘플을 대상으로 수행되었습니다. 온도는 40°C로 일정하게 유지했으며 온도 프로그램 동안 습도 단계는 25%로 수행했습니다(그림 1의 파란색 곡선).

그림 1을 보면 총 300μm 이상 증가한 것을 알 수 있습니다. 샘플의 길이 변화는 수분 흡수로 인한 재료의 수분 함량 증가로 인해 발생했습니다. 습도에 따른 재료의 이러한 길이 변화는 다양한 용도의 폴리머 부품을 제작할 때 고려해야 합니다.
다양한 열 분석 방법의 결과를 조합하여 추가 해석이 가능합니다
서로 다른 방법 간의 상관관계가 좋기 때문에 추가적인 해석이 가능합니다. TGA 분석은 물과 습도가 물질 또는 물질과 물리적으로 상호 작용한다는 것을 보여줍니다. 이는 시료의 분해 거동이 아닌 수분 함량의 증가로 볼 수 있습니다. 그 후 TMA 및 DMA를 사용한 분석은 팽창 과정 및/또는 기계적 특성의 변화와 같은 결과적인 특성 변화를 보여줍니다.

다른 애플리케이션도 살펴봅시다!
화장품 분야의 애플리케이션
이 실험에서는 45°C의 일정한 온도에서 상대 습도 30~60%의 다양한 습도 수준에서 사람의 머리카락을 분석했습니다. 습도가 낮아지면 머리카락의 길이가 달라집니다.

오늘날 모발 분석은 주로 화장품 분야에서 사람의 모발이 다양한 기후 조건에 어떻게 반응하는지, 샴푸나 컨디셔너가 모발의 반응에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 알아내기 위해 사용됩니다.
건축 자재 분야의 애플리케이션
목재 측정을 위해 이 그림과 같이 다양한 방법으로 샘플을 절단했습니다.

목재는 물과의 상호작용 및 그에 따른 팽창과 관련하여 높은 이방성을 가지고 있습니다. 수분 흡수로 인한 길이 변화는 목재 샘플이 준비된 방향에 따라 달라집니다. 세로 방향으로 자른 목재 샘플의 길이 변화는 약 0.1%, 방사형 방향에서는 거의 1%, 접선 방향에서는 최대 2%까지 팽창합니다.

서로 다른 방향 사이의 길이 변화에는 20의 계수가 있습니다. 따라서 목재는 다양한 기상 조건에 더 잘 견딜 수 있도록 다양한 물질로 처리됩니다.
앞의 예는 습도가 재료의 특성을 정의하는 필수 파라미터 중 하나임을 분명히 보여줍니다.
열 분석 기기는 재료와 물질의 수분 흡수에 대한 중요한 통찰력을 제공할 뿐만 아니라 그로 인한 길이 팽창 또는 기계적 안정성 변화를 결정하는 데 도움을 줄 수 있습니다.