什么是热机械分析法（TMA）？

热机械分析法（TMA）是一种热分析技术，在施加恒定力（非振荡应力下）的同时，测量微米级尺寸变化，包括材料性能随时间或温度改变而发生的变形。应力可以是压缩、拉伸或弯曲。探针可以捕捉到热膨胀/收缩和软化引起的样品长度变化。金鉴实验室作为专注于材料分析领域的科研检测机构，能够进行严格的TMA检测，致力于为客户提供高质量的测试服务，为TMA在各个领域的可靠应用提供坚实的质量保障。

TMA如何工作？

TMA是一种测量材料在加热或冷却时非常小的膨胀或收缩的技术。材料在温度响应下的线性膨胀被称为线性热膨胀系数(CTE)。金鉴实验室拥有专业的TMA测试设备和技术团队，能够确保TMA测试的准确性和可靠性，如需进行专业的检测，可联系金鉴检测顾问189-2421- 3655。 CTE可以使用与动态力学分析(DMA)相同的设备进行测量，而对于CTE，刀口探头和三点弯夹具被平底圆柱形探头和平面样品架取代(如下图1所示)。



（图1）通常，TMA可以测量基于小体积样品高度(Az)变化的材料的线性膨胀(或收缩)。样品通常是一个小圆柱体或立方体，顶部和底部表面非常平坦且平行。样品被放置在热膨胀非常低的平面样品平台上，通常是石英。然后一个平底探针被放下，直到它刚刚接触样品的表面。然后施加一个非常小的负载，以确保探针以可控的方式接触样品。这个负载在整个扫描过程中保持不变。探头的位置是用线性可变微分传感器(LVDT)感知的。 金鉴实验室在进行试验时，严格遵循相关标准操作，确保每一个测试环节都精准无误地符合标准要求。当样品经历热斜坡时，它将在探针下膨胀(如果加热)或收缩(如果冷却)。LVDT将跟踪探头位置与温度的关系(图2)。

  

(图2)

CTE测试计算方法

是根据ASTM E831 “通过热力学分析固体材料线性热膨胀的标准测试方法”进行的。下图显示了探头位置与温度的典型TMA图。金鉴实验室在CTE测试方面具有丰富的经验，实验室拥有一支由国家级人才工程入选者和资深技术专家组成的团队，能够针对CTE提供具体的解决方案。CTE的计算方法是:每一度温度变化时样品高度的相对变化量:




因此，CTE可以通过用探针位置(dh/dT)与温度曲线的斜率除以样品的初始高度(h)来计算。





典型的TMA图如图3所示。它将有两个不同的斜率：在较低的温度下一个较平缓的斜率，在较高的温度下一个较陡的斜率。探针位置的斜率随温度图的变化将发生在材料的玻璃化转变温度(Tg)处。在Tg区域，聚合物链将有足够的热能进行更大规模的运动，这将使更高程度的膨胀与温度。因此，TMA图也是确定材料Tg的一种方便的方法。这是通过找到TMA图的两个不同斜率的切线相交的点来计算的。通常，高于Tg的CTE是低于Tg的CTE的3到4倍。

与粘合剂的使用

从工程设计的角度来看，为了最大限度地减少界面上的应力，使粘合剂的CTE尽可能地与被粘合的基材相匹配通常是很重要的。因此要记住，粘合剂在较宽的温度范围内实际上会有两种不同的膨胀率。发生这种转变的温度也将是一个重要因素。如果Tg相对于部件的工作范围足够高，则只有较低的CTE将起作用。另一方面也同样重要的是，当温度高于Tg时，胶粘剂的模量将显著下降。低模量或高韧性的材料将能够更好地吸收和减轻热膨胀引起的应力不匹配。