Thermomechanische Analyse (TMA)

Zur Messung der thermischen als auch mechanischen Eigenschaften wird ein thermomechanischer Analysator (TMA) eingesetzt. Temperaturabhängige Dimensionsänderungen in Festkörpern, Flüssigkeiten und Pasten sind maßgeblich für die Anwendungsmöglichkeiten eines bestimmten Materials oder liefern Informationen über die Zusammensetzung, Struktur und Verarbeitungsbedingungen.

Mit der TMA werden Dimensionsänderungen gemessen und gleichzeitig wird die Probe zusätzlich einer mechanischen Belastung ausgesetzt (DIN 51005, ASTM E 831, ASTM D 696 und ASTM D 3386). Dies ermöglicht die Bestimmung der thermischen Längenänderung (mit vernachlässigbarer mechanischer Belastung: Dilatometrie (DIN 51045)) sowie der thermomechanischen Eigenschaften.

Neben der linearen thermischen Ausdehnung und dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten kann die TMA auch zur Untersuchung von Phasenumwandlungstemperaturen, dilatometrischen Erweichungspunkten, volumetrischer Ausdehnung, Dichteänderungen, Delamination und Sinterkinetik eingesetzt werden.

Apparaturen für die thermomechanische Analyse werden in allen Bereichen von der Forschung  und Entwicklung bis zur Qualitätskontrolle eingesetzt. Typische materialbezogene Anwendungsgebiete sind Kunststoffe und Elastomere, Duromere, Verbundwerkstsoffe, Klebstoffe, Folien und Fasern, Keramiken, Glas und Metalle.

Thermische Ausdehnung

Die lineare thermische Ausdehnung ist eine wichtige Variable zur Einschätzung des Dimensionsverhaltens eines Materials als Antwort auf eine Temperaturänderung.

 

Dieser Plot zeig die thermische Ausdehnung (dL/L0 in %) eines Epoxidharzes zwischen -70 °C und 270 °C. In der ersten Aufheizung (blaue Kurve) tritt der Onset des Glasübergangs (Tg) bei 123 °C auf. In der zweiten Aufheizung (rote Kurve) ist der Onset des Tg leicht zu 125 °C verschoben. Diese Verschiebung könnte auf Relaxationseffekte oder Nachhärtung zurückzuführen sein.

 

Messung an einem Epoxidharz mit einer Probenlänge von 6 mm im Ausdehungsmodus (Quarzglas-Probehalter); 1. und 2. Aufheizung mit 2 K/min.

NETZSCH TMA Systems

TMA 402 F1/F3 Hyperion® - Thermomechanischer Analysator

Die TMA 402 F1/F3 Hyperion® zeichnet sich aus durch ein modulares Konzept austauschbarer Öfen im Temperaturbereich von -150 °C bis 1550 °C, die mit anderen NETZSCH-Analysegeräten kompatibel sind. Es besteht eine große Zahl an Probenhaltertypen und Anpassungsmöglichkeiten. Die TMA 402 F1/F3 Hyperion® arbeitet in einem großen Kraftbereich, ohne Zusatzgewichte digital programmierbar von -3 N bis 3 N.