26.05.2020 by Milena Riedl, Doreen Rapp
Como medir a expansão de materiais devido à absorção de água
Nos artigos anteriores, com foco na análise térmica sob umidade, vimos que a análise termogravimétrica e a análise mecânica dinâmica ajudam a determinar a influência da água em um material ou substância. A análise termomecânica complementa a análise sob umidade.
Nos artigos anteriores, com foco na análise térmica sob umidade, vimos que a análise termogravimétrica é um método padrão para a identificação da absorção de água e a determinação do teor de umidade. Além disso, a análise mecânica dinâmica também ajuda a determinar a influência da água e da umidade nas propriedades mecânicas de um material e de uma peça.
A análise completa de um material ou substância sob umidade é concluída com a análise termomecânica.
Prático: Medições de TMA em atmosferas úmidas
O que é análise termomecânica?
A análise termomecânica (TMA) determina as alterações dimensionais de sólidos, líquidos ou materiais pastosos em função da temperatura e/ou do tempo sob uma força mecânica definida. Ela está intimamente relacionada à Dilatometria, que determina a alteração do comprimento das amostras sob carga desprezível.
Um exemplo da área de polímeros
O objetivo da análise a seguir é a determinação da mudança de comprimento do material em uma atmosfera úmida. Portanto, um TMA 402 F1 Hyperion® foi equipado com umgerador de umidade que produz um nível de umidade definido pela mistura de fluxo de gás úmido e seco.
O experimento foi realizado em uma amostra de folha de 250 μm com um comprimento de 14,93 mm no modo de EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão. A temperatura foi mantida constante a 40°C e foram realizadas etapas de umidade de 25% durante o programa de temperatura (curva azul na figura 1).
Na figura 1, fica claro que há um aumento total de mais de 300 μm. A alteração do comprimento da amostra foi causada pelo aumento do teor de água no material como resultado da absorção de água. Essa alteração de comprimento de um material sob umidade precisa ser levada em consideração ao construir peças de polímero para diferentes aplicações.
A combinação dos resultados de diferentes métodos de análise térmica permite uma interpretação mais aprofundada
A boa correlação entre os diferentes métodos permite uma interpretação mais aprofundada. A análise TGA mostra que há uma interação física da água e da umidade com um material ou substância. Isso pode ser visto como um aumento no teor de umidade e não como um comportamento de Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição da amostra. Posteriormente, as análises com TMA e DMA mostram a alteração de propriedade resultante, por exemplo, processo de expansão e/ou alterações nas propriedades mecânicas.
Vamos dar uma olhada em outros aplicativos!
Um aplicativo da área de cosméticos
Nesse experimento, um cabelo humano foi analisado a uma temperatura constante de 45°C com diferentes tipos de nível de umidade, de 30 a 60% de umidade relativa. O cabelo muda seu comprimento devido à diminuição da umidade.
Atualmente, a análise do cabelo humano é usada principalmente no campo dos cosméticos para descobrir como o cabelo humano reage a diferentes tipos de condições climáticas e como um xampu ou condicionador pode influenciar a reação do cabelo.
Um aplicativo da área de materiais de construção
Para a medição da madeira, as amostras foram cortadas de diferentes maneiras, conforme ilustrado nesta figura.
A madeira tem uma alta anisotropia em relação à sua interação com a água e à expansão subsequente. A alteração do comprimento devido à absorção de água depende da direção em que a amostra de madeira foi preparada. Cortada na direção longitudinal, a mudança de comprimento de uma amostra de madeira se expande cerca de 0,1%, enquanto na direção radial a expansão chega a quase 1% e, na direção tangencial, até 2%.
Há um fator de 20 na mudança de comprimento entre as diferentes direções. Portanto, a madeira é tratada com diferentes substâncias para torná-la mais resistente a diferentes condições climáticas.
Os exemplos anteriores mostram claramente que a umidade é um dos parâmetros essenciais que definem as propriedades dos materiais.
Os instrumentos de análise térmica podem fornecer informações vitais sobre a absorção de água de materiais e substâncias, além de ajudar a determinar a expansão do comprimento resultante ou as alterações na estabilidade mecânica.
