Thermomechanical analysis or TMA is

Thermomechanical analysis or TMA is a simple yet very useful technique that can measure coefficient of thermal expansion, Tg and the dimensional change accompanying the relaxation of stress stored in a material. As shown in the illustration the dimensional change of a material with temperature (or time) is measured in a controlled atmosphere and under controlled load. Measurements may be made in compression (shown) or in tension, e.g. on a film or thin sample. A good reference for TMA as well as the other thermal analysis techniques is Thermal Analysis of Polymers: Fundamentals and Applications, (JD Menczel and RB Prime, eds), Wiley, 2009.
The coefficient of linear expansion (a) is abbreviated CTE or CLTE. L is sample length, L0 the initial sample dimension, usually at ambient temperature, and T is temperature in °C. a has the units of ppm/°C or m/m/°C. The CTE of a material is often an important property, e.g. when trying to match the expansion coefficient of one material bonded to another material such as copper in order to minimize thermal stresses. CTE can also be a valuable tool to characterize anisotropy. For isotropic materials ax = ay = az, but for filled or composite materials CTEs are often non-isotropic with unique values in the x, y and z-directions, as we will see in the next post.
As shown above TMA in the expansion mode is used to measure CTE and Tg. In this measurement the load is small, just enough to keep the probe in contact with the sample so as not to interfere with the measurement of expansion. The probe diameter is typically 2.5 to 3 mm. The sample needs to have flat parallel surfaces. Sample diameter can be larger or smaller than the probe diameter and its thickness is typically a few mm. This measurement is commonly preceded by a 1st heat to but not beyond Tg to relieve any internal stress so that pure expansion and Tg of the original material may be observed on the 2nd heat. The extrapolated intersection of the glassy and rubbery expansion curves is considered to be a precise measurement of the glass transition temperature. Note that CTE in the rubbery phase is about 3x that in the glassy phase.
TMA in the penetration mode is useful for measuring the softening temperature Tp as an approximation to Tg. This measurement is less rigorous, can be performed more quickly and is useful when only the transition temperature is of interest. A high force is used and the probe diameter is small, e.g. 0.5 to 1 mm to promote penetration into the sample. A similar measure of Tp can be made on a very small piece of material, e.g. an adhesive, by placing it under the expansion probe.
Thin films or prepregs can be measured in the extension mode shown above where the longer sample dimension gives increased sensitivity for measuring CTE of low expansion materials and the thinner samples equilibrate more quickly with water allowing measurement of the lowering of Tg with water sorption as well as hygroscopic expansion.

In the next post we will explore applications of TMA to thermosets.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

Thermomechanical วิเคราะห์หรือ TMA เป็นเทคนิคที่เรียบง่าย แต่มากประโยชน์ที่สามารถวัดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัว Tg และเปลี่ยนมิติที่มาพร้อมกับการผ่อนคลายความเครียดในวัสดุ ดังแสดงในภาพที่เปลี่ยนมิติของวัสดุมีอุณหภูมิ (หรือเวลา) เป็นวัด ในบรรยากาศที่ควบคุม และควบคุมโหลด อาจจะทำการประเมิน ในการบีบอัด (แสดง) หรือความตึง เครียด บนฟิล์มหรือบางอย่างเช่น การอ้างอิงที่ดีสำหรับ TMA ตลอดจนเทคนิคการวิเคราะห์ความร้อนอื่น ๆ เป็นความร้อนวิเคราะห์ของโพลิเมอร์: พื้นฐาน และโปรแกรมประยุกต์, (JD Menczel และ RB นายก eds), Wiley, 2009ค่าสัมประสิทธิ์เชิงเส้น (a) ขยายเป็นย่อ CTE หรือ CLTE L เป็นตัวอย่างความยาว L0 ขนาดตัวอย่างเริ่มต้น ปกติที่อุณหภูมิ และ T คือ อุณหภูมิในองศาเซลเซียส มีหน่วยของ ppm / ° C หรือ m/m / ° c CTE เป็นวัสดุมักจะเป็นลักษณะสำคัญ เช่น เมื่อพยายามที่จะตรงกับค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของวัสดุหนึ่งพันธะกับวัสดุอื่นเช่นทองแดงเพื่อลดความเครียดความร้อน CTE ยังสามารถเป็นเครื่องมือที่มีลักษณะ anisotropy สำหรับวัสดุ isotropic ax = ay = az แต่ สำหรับเติม หรือผสมวัสดุ CTEs มักไม่-isotropic เฉพาะค่า x, y และ z-ทิศ ทาง เช่นเราจะเห็นในโพสต์ต่อไปเป็นข้าง TMA ในโหมดขยายจะใช้วัด CTE และ Tg ในวัดนี้ โหลดมีขนาดเล็ก พอเพียงเพื่อให้โพรบกับตัวอย่างเพื่อไม่ให้รบกวนการวัดการขยายตัว เส้นผ่าศูนย์กลางโพรบจะ 2.5-3 มม. ตัวอย่างต้องมีพื้นผิวแบนขนาน เส้นผ่าศูนย์กลางของตัวอย่างสามารถใหญ่กว่า หรือเล็กกว่าเส้นผ่าศูนย์กลางโพรบ และความหนาโดยปกติกี่มม. ความร้อนที่ 1 ไป แต่ไม่ เกิน Tg เพื่อบรรเทาความเครียดใด ๆ ภายในเพื่อให้ขยายบริสุทธิ์และ Tg วัสดุเดิมอาจจะสังเกตความร้อน 2 โดยทั่วไปก่อนหน้านี้วัด สี่แยก extrapolated โค้งฟิต และ rubbery ขยายถือเป็นการประเมินความแม่นยำของอุณหภูมิการเปลี่ยนแก้ว หมายเหตุว่า CTE ในระยะ rubbery ประมาณ 3 x ที่ระยะฟิตTMA ในโหมดเจาะใช้สำหรับวัดอุณหภูมิ softening Tp เป็นการประมาณ Tg วัดนี้จะเข้มงวดน้อยกว่า สามารถดำเนินการได้เร็วขึ้น และจะเป็นประโยชน์เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงเท่านั้นน่าสนใจ ใช้แรงสูง และเส้นผ่าศูนย์กลางโพรบคือขนาดเล็ก เช่น 0.5-1 mm เจาะเป็นตัวอย่าง วัดคล้ายของ Tp สามารถทำบนวัสดุ เช่นกาว ขนาดเล็กมาก โดยวางไว้ใต้โพรบขยายตัวฟิล์มบางหรือ prepregs สามารถวัดได้ในโหมดส่วนขยายข้างที่ขนาดตัวอย่างยาวนานให้ความไวเพิ่มขึ้นสำหรับวัด CTE วัสดุขยายตัวที่ต่ำ และตัวอย่างทินเนอร์ equilibrate น้ำให้วัดการลดลงของ Tg ดูดน้ำเป็น hygroscopic ขยายได้รวดเร็วขึ้นในบทถัดไป เราจะศึกษาโปรแกรมของ TMA thermosets

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

การวิเคราะห์ความร้อนเชิงกลหรือ TMA เป็นเรียบง่าย แต่มีประโยชน์มาก เทคนิคที่สามารถวัดค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน , TG และเปลี่ยนมิติประกอบการผ่อนคลายความเครียดไว้ในวัสดุ ดังแสดงในภาพที่เปลี่ยนมิติของวัสดุที่มีอุณหภูมิ ( หรือเวลา ) เป็นวัดในการควบคุมบรรยากาศ และภาระควบคุมวัดอาจจะทำในการบีบอัด ( แสดง ) หรือในภาวะเช่นบนฟิล์มหรือบางตัวอย่าง มีการอ้างอิงที่ดีสำหรับลูกค้ารวมทั้งเทคนิคอื่น ๆการวิเคราะห์ความร้อนการวิเคราะห์ทางความร้อนของพอลิเมอร์ : พื้นฐานและการประยุกต์ใช้ ( menczel เจดี กับ RB นายกรัฐมนตรี EDS ) , นิ่ง , 2009 .
สัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้น ( ) ย่อ ETC หรือ clte . L คือความยาวตัวอย่าง , l0 มิติตัวอย่างเบื้องต้นปกติที่อุณหภูมิห้อง และ T คืออุณหภูมิองศา C มีหน่วย ppm / ° C หรือ m / m / ° C ETC ของวัสดุมักจะเป็นคุณสมบัติที่สำคัญเช่นเมื่อพยายามที่จะตรงกับการขยายตัวของวัสดุแบบผูกมัดกับวัสดุอื่น เช่น ทองแดง เพื่อลด ความเครียด ความร้อน ETC ยังสามารถเป็นเครื่องมือที่มีคุณค่าในลักษณะของแอนไอโซทรอปี . สำหรับวัสดุ Ax = . . = AZ ,แต่สำหรับเติมหรือวัสดุคอมโพสิตโกตมักจะไม่ใช่ตัวที่มีค่าเฉพาะใน X , Y และ z-directions ตามที่เราเห็นในโพสต์ถัดไป .
ดังแสดงข้างต้น TMA ในโหมดขยาย คือ ใช้วัดและ CTE สายการบินไทย ในวัดนี้โหลดมีขนาดเล็กพอเพื่อให้ตรวจสอบในการติดต่อกับตัวอย่างเพื่อที่จะไม่ยุ่งเกี่ยวกับการวัดการกระจายด้วยขนาดปกติคือ 2.5 ถึง 3 มิลลิเมตร ตัวอย่างต้องมีแบนขนานพื้นผิว ขนาดตัวอย่างสามารถมีขนาดใหญ่หรือขนาดเล็กกว่าวัดเส้นผ่าศูนย์กลางและความหนาของมันเป็นปกติมิลลิเมตรบาง วัดนี้เป็นที่นิยมมาก่อนโดยความร้อน 1 แต่ไม่เกิน TG บรรเทาความเครียดภายในใด ๆ ดังนั้นการขยายตัวของวัสดุบริสุทธิ์และ TG เดิมอาจจะพบในความร้อน 2ที่คาดการณ์ไว้จุดตัดของเส้นโค้งและการเหลือบยางถือเป็นการวัดที่แม่นยำของแก้วเปลี่ยนอุณหภูมิ ทราบว่า ETC ในระยะยางประมาณ 3x ในเฟสเหลือบ .
TMA ในโหมดได้ จะเป็นประโยชน์สำหรับการวัดอุณหภูมิต่ำกว่า TP เป็นประมาณสายการบินไทย วัดนี้จะเข้มงวดน้อยกว่าสามารถดำเนินการได้อย่างรวดเร็วและเป็นประโยชน์เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของดอกเบี้ย พลังสูง ใช้หัวขนาดเล็ก เช่น 0.5 - 1 มิลลิเมตร เพื่อส่งเสริมการรุกเข้าไปในตัวอย่าง เป็นวัดที่คล้ายกันของ TP ได้ชิ้นส่วนขนาดเล็กมากของวัสดุ เช่น กาว โดยการวางภายใต้การสอบสวนมัน .
ฟิล์มบางหรือ prepregs สามารถวัดได้ในโหมดขยาย ตัวอย่างที่แสดงข้างต้นที่อีกมิติให้ไวขึ้น เพื่อวัดการขยายตัวต่ำพื้นฐาน ของวัสดุและตัวอย่างบางสมดุลกันอย่างรวดเร็วด้วยน้ำให้วัดการลดของ TG ด้วยน้ำดูดซับเช่นเดียวกับการขยายตัว hygroscopic .

ในการโพสต์ต่อไปเราจะสำรวจการใช้งานของ TMA ให้เทอร์โมเซต .