آنالیز TMA

دستگاه آنالیز مکانیک حرارتی

آنالیز ترمو مکانیکی TMA این امکان را می دهد که، رفتار انبساط حرارتی و انقباض، نرم شدن و تغییر در خواص مکانیکی مواد ناشی از انتقال فیزیکی یا شیمیایی مانند انتقال شیشه ای، تبلور، ذوب و پخت بررسی شوند.

نحوه انجام آنالیز TMA

نمونه وارد کوره شده و در تماس با پروبی که به دیتکتور طول و مولد نیرو متصل است، قرار می گیرد. ترموکوپل برای اندازه گیری دما در نزدیکی نمونه قرار دارد. با اعمال نیرو به نمونه از طریق مولد نیرو، دمای نمونه از طریق پروب تغییر می کند. با تغییر دما، تغییر شکل نمونه مانند انبساط حرارتی و نرم شدن، به صورت جابجایی پروب توسط دیتکتور طول اندازه گیری می شود. از ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی (LVDT) برای سنسور تشخیص طول استفاده می شود.

شماتیک دستگاه آنالیز مکانیکی حرارتی TMA

انواع مختلف پروب در دستگاه آنالیز مکانیک حرارتی استفاده می شود که انتخاب بین آن ها به هدف آناليز TMA بستگی دارد. پروب انبساط/فشردگی برای اندازه گیری تغییر شکل ایجاد شده ناشی از انبساط حرارتی و تحول ایجاد شده در آن تحت نیروی فشرده، استفاده می شود. پروب نفوذی برای اندازه گیری دمای نرم شدن استفاده می شود. پروب کششی برای اندازه گیری انبساط حرارتی و انقباض حرارتی نمونه هایی مانند فیلم یا فیبر استفاده می شود. جنس پروب ها معمولا از شیشه کوارتز، آلومینا و فلزات هستند. انتخاب هر کدام از آن ها با توجه به محدوده دما و یا هدف تست انجام می شود.

انواع پروب دستگاه آنالیز مکانیکی حرارتی TMA

دستگاه آنالیز گرمامکانیکی TMA

همان طور که پیش تر نیز به آن اشاره شد، دستگاه آنالیز مکانیک حرارتی ، تغییرات ابعاد یا خواص مکانیکی نمونه را در حالی که تحت یک برنامه دمایی قرار دارد، بررسی می کند. این دستگاه از پروب های قابل تعویض در بارگذاری های مختلف استفاده می کند. از جمله پارامترهایی که با دستگاه آنالیز مکانیکی حرارتی قابل اندازه گیری است، می توان به دمای نرم شدن یا دمای انتقال شیشه ای، مدول کششی، مدول فشرده سازی، انبساط حرارتی، دمای ذوب، دمای انتقال فاز کریستالی، دمای تبدیل کریستال به آمورف و خزش تحت بار اشاره کرد. دستگاه آنالیز مکانیکی حرارتی TMA دقت بالایی داشته و قابلیت بازسازی در اندازه گیری انبساط و انقباض، حتی در مواد با انبساط کم یا مواد نازک را دارد.

دستگاه آنالیز مکانیک حرارتی TMA

همچنین دستگاه آنالیز مکانیک حرارتی TMA می تواند از روش بسط معمولی یا غیردیفرانسیلی نیز استفاده کند. محدوده اندازه گیری دما در دستگاه آنالیز مکانیکی حرارتی مدل استاندارد تا 1100 درجه و در دستگاه مدل دما بالا، تا 1500 درجه می باشد. روش های مختلفی مانند روش بارگذاری متراکم، روش بارگذاری کششی، روش نفوذ و روش نفوذ دیفرانسیلی با حساسیت بالا را با دستگاه آنالیز گرما مکانیکی TMA می توان انجام داد.

کاربرد آنالیز گرما مکانیکی TMA

• بررسی تغییر ابعادی فیلم های نازک و پوشش های مواد، یکی از رایج ترین موارد کاربرد آناليز ترمومكانيكي TMA است.
• از دیگر کاربردهای آنالیز TMA می توان به انجام تست خمش روی لاستیک و پلاستیک و هم چنین تعیین مدول یانگ خزش و بازیابی خزش مواد پلیمری اشاره کرد.
• اناليز TMA یکی از مهم ترین تکنیک های آنالیز حرارتی است که به عنوان مکمل آنالیزهایی مانند آنالیز DSC و TGA و DMA  استفاده می شود. 
• روش انالیز ترمو مکانیکی TMA برای مطالعه رفتار انبساط و دمای نرم شدن مواد مختلف مانند ترموپلاستیک ها، ترموست، الاستومرها، چسب ها و پوشش ها، فیلم ها و الیاف، سرامیک ها، فلزات و کامپوزیت ها به کار می رود.

دستگاه آنالیز مکانیکی حرارتی

مزایای آنالیز ترمومکانیکی TMA

1. آناليز TMA نسبت به آنالیز DSC حساسیت بیشتری برای تشخیص دمای انتقال شیشه ای دارد.
2. حجم نمونه ای که برای انجام انالیز TMA نیاز است، کم می باشد.
3. محدوده نیرو کم بوده و تغییر نیرو به صورت خطی و گام به گام انجام می شود.
4. قابلیت اجرای برنامه دمایی به صورت سیکل های متوالی گرمایش-سرمایش و برنامه همدما را دارد.

محدودیت های آنالیز TMA

یکی از محدودیت هایی که آنالیز گرمامکانیکی TMA دارد، در مورد نمونه های بالک است. ارتفاع یا ضخامت این نمونه ها باید 0.5 تا 26 میلی متر باشد، وجوه موازی برای انبساط داشته باشد، برای نفوذ نسبتا صاف باشد و عرض و طول آن 5 تا 10 میلی متر باشد. از دیگر محدودیت هایی که آنالیز ترمومکانیکی TMA دارد، در مورد محدوده اندازه فیلم های نازک است که، حداکثر ضخامت نمونه باید 1 میلی متر بوده و نمونه باید یکنواخت باشد.

تصویر پروب دستگاه آنالیز گرمامکانیکی TMA

خدمات آنالیز TMA

خدمات آنالیز TMA به صورت تحویل نمونه به آزمایشگاه، انجام آنالیز ترمومکانیکی TMA و تحویل نتایج آن به متقاضی است. در هنگام انجام خدمات آنالیز TMA باید این نکته رعایت شود که، متناسب با هدفی که متقاضی از انجام آنالیز گرمامکانیکی TMA دارد، نوع پروب انتخاب شود. مراکز، موسسات تحقیقاتی و آزمایشگاه های آنالیزی، خدمات آنالیز TMA را در کنار دیگر خدمات مانند آنالیز DSC ، آنالیز DTA و STA ، آنالیز های خواص مکانیکی مانند آنالیز BET ، دیلاتومتری ، هدایت سنجی و غیره ارائه می دهند.

منحنی آنالیز ترمومکانیکی TMA یک نمونه فیبر پلی استری شبه کریستالی

بخشی از خدمات آنالیز TMA مربوط به نتایج آن است. نتایج آنالیز گرمامکانیکی TMA به صورت یک نمودار ارائه می شود. در این نمودار، سه مرحله واضح نشان داده می شود که در آن ضخامت نمونه با نفوذ بیشتر پروب به داخل نمونه، کاهش می یابد. با کمک این نمودار می توان سایر پارامترهایی که پیش از این نیز به آن ها اشاره شد را به دست آورد.

هزینه آنالیز TMA

هزینه آنالیز TMA نسبت به تعداد نمونه و هدف شما از انجام آزمون می تواند متفاوت باشد. به این منظور که هر چه تعداد نمونه های مورد نظر شما بیشتر باشد، هزینه آنالیز TMA نیز تبعا بالا تر می رود. هم چنین نوع پروب مورد استفاده در دستگاه آنالیز مکانیک حرارتی ، روی هزینه آنالیز TMA تاثیر می گذارد. به طور کلی می توان گفت، اطلاعات به دست آمده از آنالیز ترمومکانیکی TMA ارزشمند بوده و به صورت اطلاعات تکمیلی برای سایر آنالیزهای حرارتی استفاده می شود پس درنتیجه، هزینه آنالیز TMA مقرون به صرفه بوده و می توان از آن در کارهای تحقیقاتی و صنعتی استفاده کرد.