熱機(jī)械分析法（TMA）是一種熱分析技術(shù)，在施加恒定力（非振蕩應(yīng)力下）的同時(shí)，測(cè)量微米級(jí)尺寸變化，包括材料性能隨時(shí)間或溫度改變而發(fā)生的變形。應(yīng)力可以是壓縮、拉伸或彎曲。探針可以捕捉到熱膨脹/收縮和軟化引起的樣品長度變化。

TMA如何工作？

首先將樣品置于TMA加熱爐中，控制樣品溫度變化，使樣品受力（壓縮、拉伸或彎曲）。隨后可檢測(cè)出樣品在特定溫度下的任何形變情況。

圖1：熱機(jī)械分析法（TMA）

下面輸出圖形顯示了兩種不同類型的測(cè)量。在圖2中，可以通過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以上曲線的梯度來測(cè)定膨脹系數(shù)。圖3是針入測(cè)量，可以測(cè)定聚合物的軟化溫度。

圖2和圖3：TMA膨脹模式曲線示例和TMA針入模式曲線示例

TMA提供哪些熱性能相關(guān)信息？

熱機(jī)械分析法可用于測(cè)量材料的軟化、各向異性、結(jié)晶、蠕變和應(yīng)力松弛、固-固轉(zhuǎn)變、熱膨脹系數(shù)（CTE）、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和壓縮模量，并且可用于測(cè)定楊氏模量（ASTM E2769-16）。

如何根據(jù)特定ASTM方法解讀TMA的結(jié)果

我們選擇了ASTM E831-19《通過熱機(jī)械分析對(duì)固體材料進(jìn)行線性熱膨脹的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》作為示例。本試驗(yàn)方法使用熱機(jī)械分析技術(shù)測(cè)定固體材料的線性熱膨脹系數(shù)。

本試驗(yàn)方法適用于在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出足夠剛性的固體材料，因此探針不會(huì)對(duì)試樣產(chǎn)生凹痕。

下述TMA曲線圖顯示了線性熱膨脹測(cè)量（也稱為熱膨脹系數(shù)（CTE））的典型示例。對(duì)于大多數(shù)具有非晶相（即表現(xiàn)出玻璃化轉(zhuǎn)變）的聚合物而言，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下的膨脹系數(shù)將小于之后的膨脹系數(shù)。

在這種情況下，我們可以看出，在122.1℃下發(fā)生轉(zhuǎn)變之前的線性部分的斜率小于之后的斜率。這表明溫度越高，膨脹系數(shù)越大。在本例中，我們還可以看出，熱膨脹系數(shù)結(jié)果會(huì)因樣品測(cè)量的方向而異。通過觀察線性熱膨脹區(qū)域中兩個(gè)不同溫度之間的尺寸變化來測(cè)量熱膨脹系數(shù)，并報(bào)告為μm/（m·℃）。

圖4：復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）

使用TMA有什么優(yōu)勢(shì)？

通過使用TMA，可以測(cè)定最終零件的性能。例如，通過測(cè)量材料的熱膨脹，能夠知道材料是否與其他材料兼容，或者材料是否會(huì)分層。此外，還能夠發(fā)現(xiàn)材料在應(yīng)力下的性能，以及材料受力的響應(yīng)是否會(huì)隨著時(shí)間或溫度的變化而發(fā)生變化。

TMA主要用于測(cè)量彈性體、粘合劑和鍍層、薄膜和纖維、橡膠和塑料，但也可以測(cè)量金屬和陶瓷的熱膨脹。

日立TMA分析儀系列產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)更好的熱分析

日立TMA儀器能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)評(píng)估樣品的膨脹或收縮。日立推出的分析儀還可以進(jìn)行蠕變、應(yīng)力松弛、熱收縮應(yīng)力、應(yīng)力-應(yīng)變和DMA測(cè)量。根據(jù)所需要的溫度范圍，日立TMA7100（-170℃至600℃）或TMA7300（室溫至1500℃）能助力確保材料符合質(zhì)量保證和出廠檢驗(yàn)要求，從而確保符合規(guī)格。