26.05.2020 by Milena Riedl, Doreen Rapp

Su Alımı Nedeniyle Malzemelerin Genleşmesi Nasıl Ölçülür?

Nem altında termal analize odaklanan önceki makalelerde, termogravimetrik analiz ve dinamik mekanik analizin suyun bir malzeme veya madde üzerindeki etkisini belirlemeye yardımcı olduğunu gördük. Termomekanik analiz, nem altındaki analizi tamamlar.

Nem altında termal analize odaklanan önceki makalelerde, termogravimetrik analizin su emiliminin tanımlanması ve nem içeriğinin belirlenmesi için standart bir yöntem olduğunu gördük. Ayrıca dinamik mekanik analiz, suyun ve nemin bir malzemenin ve parçanın mekanik özellikleri üzerindeki etkisinin belirlenmesine yardımcı olur.

Nem altındaki bir malzeme veya maddenin kapsamlı analizi termomekanik analiz ile tamamlanır.

Uygulamalı: Nemli atmosferler altında TMA ölçümleri

Termomekanik analiz nedir?

Termomekanik Analiz (TMA), katıların, sıvıların veya macun kıvamındaki malzemelerin boyutsal değişimlerini, tanımlanmış bir mekanik kuvvet altında sıcaklık ve/veya zamanın bir fonksiyonu olarak belirler. İhmal edilebilir yük altında numunelerin uzunluk değişimini belirleyen Dilatometri ile yakından ilişkilidir.

Polimerler alanından bir örnek

Aşağıdaki analizin amacı, nemli bir atmosferde malzemenin uzunluk değişiminin belirlenmesidir. Bu nedenle, bir TMA 402 F1 Hyperion® ıslak ve kuru gaz akışını karıştırarak tanımlanmış bir nem seviyesi üreten birnem jeneratörü ile donatılmıştır.

Deney, gerilim modunda 14,93 mm uzunluğunda 250 μm'lik bir folyo numunesi üzerinde gerçekleştirilmiştir. Sıcaklık 40°C'de sabit tutulmuş ve sıcaklık programı sırasında %25'lik nem adımları gerçekleştirilmiştir (Şekil 1'deki mavi eğri).

Şekil 1: 40°C sabit sıcaklıkta ve %25 nem adımlarında TMA ile gerilim modunda bir polimer numunesinin analizi

Şekil 1'de, toplamda 300 μm'den fazla bir artış olduğu açıkça görülmektedir. Numunenin uzunluk değişimi, su emiliminin bir sonucu olarak malzemedeki su içeriğindeki artıştan kaynaklanmıştır. Nem altındaki bir malzemenin bu uzunluk değişiminin, farklı uygulamalar için polimer parçalar oluştururken dikkate alınması gerekir.

Farklı termal analiz yöntemlerinin sonuçlarının kombinasyonu daha fazla yorumlamaya olanak sağlar

Farklı yöntemler arasındaki iyi korelasyon, daha fazla yorum yapılmasına olanak tanır. TGA analizi, su ve nemin bir malzeme veya madde ile fiziksel bir etkileşimi olduğunu gösterir. Bu, numunenin Ayrışma reaksiyonuBir ayrışma reaksiyonu, katı ve/veya gaz ürünler oluşturan kimyasal bir bileşiğin termal olarak indüklenen bir reaksiyonudur. ayrışma davranışı olarak değil, nem içeriğinde bir artış olarak görülebilir. Daha sonra, TMA ve DMA ile yapılan analizler, genleşme süreci ve/veya mekanik özelliklerdeki değişiklikler gibi sonuçta ortaya çıkan özellik değişikliğini gösterir.

Şekil 2: Aynı PA örneği üzerinde TGA, TMA ve DMA ölçümlerine genel bakış

Diğer uygulamalara bir göz atalım!

Kozmetik alanından bir uygulama

Bu deneyde, bir insan saçı 45°C sabit sıcaklıkta ve %30 ila %60 bağıl nem arasında farklı nem seviyelerinde analiz edilmiştir. Saç, azalan neme bağlı olarak uzunluğunu değiştirmektedir.

Şekil 3: Bir insan saçının TMA ile analizi

Günümüzde insan saçı analizi, insan saçının farklı iklim koşullarına nasıl tepki verdiğini ve bir şampuan veya saç kreminin saçın tepkisini nasıl etkileyebileceğini bulmak için esas olarak kozmetik alanında kullanılmaktadır.

Yapı malzemeleri alanından bir uygulama

Ahşap ölçümü için numuneler, bu resimde gösterildiği gibi farklı şekillerde kesilmiştir.

Şekil 4: Farklı ahşap kesme yönleri

Ahşap, su ile etkileşimi ve ardından genişlemesi bakımından yüksek bir anizotropiye sahiptir. Su alımına bağlı uzunluk değişimi, ahşap numunenin hazırlandığı yöne bağlıdır. Boyuna yönde kesilen bir ahşap numunesinin uzunluk değişimi yaklaşık %0,1 oranında genişlerken, radyal yönde genişleme yaklaşık %1'e ve teğetsel yönde %2'ye ulaşır.

Şekil 4: 20°C sabit sıcaklık ve %50 bağıl nemde ahşap örneklerinin TMA ile analizi

Farklı yönler arasındaki uzunluk değişiminde 20'lik bir faktör vardır. Bu nedenle ahşap, farklı hava koşullarına karşı daha dayanıklı olması için farklı maddelerle işlenir.

Önceki örnekler, nemin malzemelerin özelliklerini belirleyen temel parametrelerden biri olduğunu açıkça göstermektedir.

Termal analiz cihazları, malzemelerin ve maddelerin su emilimi hakkında hayati bilgiler verebilir ve sonuçta ortaya çıkan uzunluk genişlemesini veya mekanik stabilitedeki değişiklikleri belirlemeye yardımcı olabilir.