Thermomechanische Analyse

Wofür wird die thermomechanische Analyse verwendet?

Bei der thermomechanischen Analyse werden die physikalischen Veränderungen gemessen, die eine Probe über einen Temperaturbereich durchläuft. Sie hilft somit bei der Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Polymeren und neuartigen Materialien unter verschiedenen Umgebungsbedingungen. Zu den Parametern, die mittels TMA untersucht werden können, gehören der thermische Ausdehnungskoeffizient, Phasenübergangstemperaturen und kristalline im Vergleich zu amorphen Eigenschaften von Polymeren bei spezifischen Temperaturen.

Die Vielzahl an Eigenschaften, die mittels TMA gemessen werden können, ermöglicht Anwendungen der Technik in verschiedenen Industriezweigen zur Qualitätskontrolle und zur Entwicklung neuer Materialien. So kann die Methode beispielsweise eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass die Eigenschaften neuartiger biobasierter Kunststoffe mit denen herkömmlicher Kunststoffe vergleichbar sind.

Wie funktioniert die thermomechanische Analyse?

Im Allgemeinen ist die thermomechanische Analyse ein Verfahren, das die Änderungen der physikalischen Eigenschaften einer Probe während einer Temperaturänderung misst. In den meisten Fällen wird die Probe dabei durch einen Temperaturbereich erhitzt, während eine konstante äußere Kraft aufgebracht wird.

Typischerweise wird die Probe an einer Sonde befestigt und in die Testkammer eingesetzt. Die Sonde ist mit einem Kraftgenerator und einem Längendetektor gekoppelt, die jeweils eine konstante Kraft aufbringen und die Strecke messen, die sich die Sonde infolgedessen bewegt. Es können verschiedene Kräfte eingebracht werden, wie beispielsweise Zug bei Zugtests oder Druck bei Kompressions- oder Biegetests. Der Detektor misst, wie sich die Probe bewegt oder verformt, während die Temperatur zyklisch verändert wird, was wiederum Informationen darüber liefert, wie die mechanischen Eigenschaften der Probe mit ihren thermischen Eigenschaften zusammenhängen.

Probenauswahl und -vorbereitung

TMA wird am häufigsten an einer Reihe von Feststoffen durchgeführt, wie Polymeren, Keramiken oder Verbundwerkstoffen. Die Probenvorbereitung hängt von der Art der durchgeführten TMA-Analyse ab und kann das Schneiden in Streifen für Zugversuche oder das Gießen eines festen Blocks für Biegeversuche umfassen.

TMA vs. DMA & DSC

Während der TMA kann eine konstante Kraft auf das Material ausgeübt werden, während es einem Zyklus von Temperaturänderungen unterzogen wird. So kann der Anwender beobachten, wie sich das Material hauptsächlich aufgrund der Temperatur verformt oder verändert. Bei der dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) wird eine oszillierende oder variierende Kraft ausgeübt, wobei der Schwerpunkt eher auf der Bestimmung der Auswirkungen der ausgeübten Kraft liegt, obwohl auch die Temperatur variiert werden kann. Sowohl DMA als auch TMA können zur Bestimmung einiger derselben Eigenschaften verwendet werden, wie beispielsweise der Glasübergangstemperatur.

Bei der dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) hingegen wird eine Probe mit einer bestimmten Energiemenge erhitzt und ihre Temperaturänderung überwacht. Dies kann Informationen über die thermischen Eigenschaften liefern, wie beispielsweise die spezifische Wärmekapazität oder die Phasenübergangstemperaturen der Probe, liefert jedoch keine Informationen über mechanische Veränderungen in der gleichen Weise wie die TMA. Um einen vollständigen Informationssatz zu erhalten, können TMA, DMA und DSC alle in Kombination eingesetzt werden.

Method expert

Ida Tarko, MSc (tech.) in Chemical Engineering

Kontaktieren Sie uns

Need an analysis?

Measurlabs offers high-quality testing services with a variety of thermal analysis methods, including TMA, DMA, DSC, dilatometry, and thermogravimetric analysis (TGA). We are committed to delivering the highest quality analyses with short turnaround times even for batches of hundreds of samples. Reach out to us using the form below to request a quote and open the discussion with our experts.