26.05.2020 by Milena Riedl, Doreen Rapp
Как измерить расширение материалов из-за поглощения воды
В предыдущих статьях, посвященных термическому анализу в условиях влажности, мы видели, что термогравиметрический анализ и динамический механический анализ помогают определить влияние воды на материал или вещество. Термомеханический анализ дополняет анализ в условиях влажности.
В предыдущих статьях, посвященных термическому анализу в условиях влажности, мы видели, что термогравиметрический анализ является стандартным методом для выявления водопоглощения и определения содержания влаги. Кроме того, динамический механический анализ дополнительно помогает определить влияние воды и влажности на механические свойства материала и детали.
Тщательный анализ материала или вещества под воздействием влажности завершается термомеханическим анализом.
Практическое занятие: Измерения ТМА во влажной атмосфере
Что такое термомеханический анализ?
Термомеханический анализ (ТМА) определяет изменение размеров твердых, жидких или пастообразных материалов в зависимости от температуры и/или времени под действием определенной механической силы. Он тесно связан с дилатометрией, которая определяет изменение длины образцов при незначительной нагрузке.
Пример из области полимеров
Целью следующего анализа является определение изменения длины материала во влажной атмосфере. Поэтому прибор TMA 402 F1 Hyperion® был оснащенгенератором влажности , который создает определенный уровень влажности путем смешивания потоков влажного и сухого газа.
Эксперимент проводился на образце фольги толщиной 250 мкм и длиной 14,93 мм в режиме растяжения. Температура поддерживалась постоянной на уровне 40 °С, а шаги влажности в 25 % выполнялись во время температурной программы (синяя кривая на рис. 1).
На рисунке 1 видно, что общее увеличение составляет более 300 мкм. Изменение длины образца было вызвано увеличением содержания воды в материале в результате водопоглощения. Такое изменение длины материала под воздействием влаги необходимо учитывать при изготовлении полимерных деталей для различных применений.
Сочетание результатов различных методов термического анализа позволяет проводить дальнейшую интерпретацию
Хорошая корреляция между различными методами позволяет проводить дальнейшую интерпретацию. ТГА-анализ показывает, что существует физическое взаимодействие воды и влаги с материалом или веществом. Это можно рассматривать как увеличение содержания влаги, а не как разложение образца. Затем анализы ТМА и ДМА показывают результирующее изменение свойств, например, процесс расширения и/или изменения механических свойств.
Давайте посмотрим на другие приложения!
Применение в области косметики
В этом эксперименте человеческий волос анализировался при постоянной температуре 45°C с различным уровнем влажности от 30 до 60% относительной влажности. Волос меняет свою длину при уменьшении влажности.
Сегодня анализ человеческих волос используется в основном в области косметики, чтобы выяснить, как волосы реагируют на различные климатические условия и как шампунь или кондиционер могут повлиять на реакцию волос.
Приложение из области строительных материалов
Для измерения древесины образцы были вырезаны разными способами, как показано на этом рисунке.
Древесина обладает высокой анизотропией в отношении взаимодействия с водой и последующего расширения. Изменение длины за счет поглощения воды зависит от направления подготовки образца древесины. В продольном направлении изменение длины образца древесины составляет около 0,1%, в радиальном направлении расширение достигает почти 1%, а в тангенциальном - до 2%.
Изменение длины в разных направлениях происходит в 20 раз. Поэтому древесину обрабатывают различными веществами, чтобы сделать ее более устойчивой к различным погодным условиям.
Предыдущие примеры наглядно показывают, что влажность является одним из важнейших параметров, определяющих свойства материалов.
Приборы для термического анализа могут дать жизненно важное представление о водопоглощении материалов и веществ, а также помочь определить возникающее при этом увеличение длины или изменение механической стабильности.
