26.05.2020 by Milena Riedl, Doreen Rapp
Jak mierzyć rozszerzalność materiałów w wyniku absorpcji wody?
W poprzednich artykułach, koncentrując się na analizie termicznej w warunkach wilgotności, widzieliśmy, że analiza termograwimetryczna i dynamiczna analiza mechaniczna pomagają określić wpływ wody na materiał lub substancję. Analiza termomechaniczna uzupełnia analizę w warunkach wilgotności.
W poprzednich artykułach, koncentrując się na analizie termicznej w warunkach wilgotności, widzieliśmy, że analiza termograwimetryczna jest standardową metodą identyfikacji absorpcji wody i określania zawartości wilgoci. Co więcej, dynamiczna analiza mechaniczna dodatkowo pomaga określić wpływ wody i wilgoci na właściwości mechaniczne materiału i części.
Dokładna analiza materiału lub substancji pod wpływem wilgoci jest uzupełniana analizą termomechaniczną.
Praktycznie: Pomiary TMA w wilgotnej atmosferze
Czym jest analiza termomechaniczna?
Analiza termomechaniczna (TMA ) określa zmiany wymiarów ciał stałych, cieczy lub materiałów o konsystencji pasty w funkcji temperatury i/lub czasu pod wpływem określonej siły mechanicznej. Jest ona ściśle związana z dylatometrią, która określa zmianę długości próbek przy pomijalnym obciążeniu.
Przykład z dziedziny polimerów
Celem poniższej analizy jest określenie zmiany długości materiału w wilgotnej atmosferze. W związku z tym urządzenie TMA 402 F1 Hyperion® zostało wyposażone wgenerator wilgotności , który wytwarza określony poziom wilgotności poprzez mieszanie przepływu mokrego i suchego gazu.
Eksperyment przeprowadzono na próbce folii o grubości 250 μm i długości 14,93 mm w trybie rozciągania. Temperatura była utrzymywana na stałym poziomie 40°C, a podczas programu temperaturowego wykonywano kroki wilgotności o 25% (niebieska krzywa na rysunku 1).
Na rysunku 1 wyraźnie widać, że nastąpił całkowity wzrost o ponad 300 μm. Zmiana długości próbki była spowodowana wzrostem zawartości wody w materiale w wyniku absorpcji wody. Ta zmiana długości materiału pod wpływem wilgoci musi być brana pod uwagę przy konstruowaniu części polimerowych do różnych zastosowań.
Połączenie wyników różnych metod analizy termicznej pozwala na ich dalszą interpretację
Dobra korelacja między różnymi metodami pozwala na dalszą interpretację. Analiza TGA pokazuje, że istnieje fizyczna interakcja wody i wilgoci z materiałem lub substancją. Może to być postrzegane jako wzrost zawartości wilgoci, a nieReakcja rozkładuReakcja rozkładu to wywołana termicznie reakcja związku chemicznego tworząca produkty stałe i/lub gazowe. rozkład próbki. Następnie, analizy TMA i DMA pokazują wynikające z tego zmiany właściwości, np. proces rozszerzania i/lub zmiany właściwości mechanicznych.
Przyjrzyjmy się innym aplikacjom!
Aplikacja z branży kosmetycznej
W tym eksperymencie analizowano ludzkie włosy w stałej temperaturze 45°C przy różnych poziomach wilgotności od 30 do 60% wilgotności względnej. Włos zmienia swoją długość wraz ze spadkiem wilgotności.
Obecnie analiza ludzkich włosów jest wykorzystywana głównie w dziedzinie kosmetyków, aby dowiedzieć się, jak ludzkie włosy reagują na różne rodzaje warunków klimatycznych i jak szampon lub odżywka mogą wpływać na reakcję włosów.
Aplikacja z dziedziny materiałów budowlanych
W celu pomiaru drewna, próbki zostały pocięte na różne sposoby, zilustrowane na tym zdjęciu.
Drewno charakteryzuje się wysoką anizotropią pod względem interakcji z wodą i późniejszej ekspansji. Zmiana długości spowodowana absorpcją wody zależy od kierunku, w którym przygotowano próbkę drewna. Przy cięciu w kierunku wzdłużnym, zmiana długości próbki drewna rozszerza się o około 0,1%, podczas gdy w kierunku promieniowym ekspansja osiąga prawie 1%, a w kierunku stycznym do 2%.
Zmiana długości pomiędzy różnymi kierunkami wynosi 20 razy. Dlatego drewno jest poddawane obróbce różnymi substancjami, aby uczynić je bardziej odpornym na różne warunki pogodowe.
Poprzednie przykłady wyraźnie pokazują, że wilgotność jest jednym z podstawowych parametrów określających właściwości materiałów.
Przyrządy do analizy termicznej mogą zapewnić istotny wgląd w absorpcję wody przez materiały i substancje, a także pomóc w określeniu wynikającego z tego wydłużenia długości lub zmian stabilności mechanicznej.
