세계 최고의 열기계 분석기
TA Instruments가 최고의 열기계 분석기인 Discovery TMA 450의 세계로 초대합니다. 최첨단 엔지니어링 기술을 도입하고 세밀한 부분까지 신경을 쓴 결과 제품 성능의 모든 면에서 개선을 이루고 사용자 경험 부분에서 새로운 지평을 열게 되었습니다. 고급 테스트 기능과 폭넓은 고정 장치를 갖춘 Discovery TMA 450은 고객의 기대 사항을 뛰어넘을 것입니다. 전례 없이 간단하게 뛰어난 TMA 데이터를 얻을 수 있습니다!
기능 및 장점
- 비접촉 비마찰식 모터가001n~2n의 힘을 제공하여 연질 압축성 탄성체부터 경질 복합재까지 가장 넓은 범위의 시료 측정이 가능합니다.
- 폭넓은 고해상도 측정 트랜스듀서는 시료 길이 최대 26mm까지 수용하며 측정 범위 ±2.5mm에 최하 해상도 15nm까지 정확한 치수 변화를 측정합니다.
- 모듈레이티드 TMA(MTMATM), 동적 TMA, 크리프 및 응력 완화 등의 고급 테스트 모드에서는 기능이 확장되어 사용자가 재료의 역학 반응에 대한 귀한 정보를 얻을 수 있습니다.
- 편리한 기계식 냉각 액세서리(MCA 70)는 액체질소의 비용이나 번거로움 없이 최저 -70°C까지 효과적인 제어 냉각이 가능합니다.
- 강력한 TRIOS 소프트웨어는 하나의 패키지를 통해 장비 제어, 데이터 분석, 보고 기능을 제공하여 뛰어난 사용자 경험과 사용 용이성 및 교육 시간 단축, 차원이 다른 생산성 향상 등의 효과를 선사합니다.
- 새롭고 혁신적인 ‘앱 스타일’ 터치스크린 기술 One-Touch-Away™는 사용 편의성을 개선하고 그 어느 때보다 정확한 데이터를 간편하게 얻을 수 있도록 장비 기능의 간단한 사용을 구현하였습니다.
- 고객이 안심하고 사용할 수 있도록 업계 유일의 가열로 5년 보증 지원으로 모든 장비의 품질을 보증합니다.
까다로운 응용 분야의 필요성에 부합하는 고성능 재료의 수요가 나날이 증가하는 오늘날, 환경에 대한 재료 반응을 이해하는 일은 어느 때보다도 중요합니다. 시험에 대한 산업 표준*을 뛰어넘는 Discovery TMA 450은 재료의 선형 열팽창 계수(CTE), 수축, 연화, 유리 전이 온도 등과 같은 정보를 알려줍니다.
고급 옵션을 이용하여 재료의 강성(탄성률), 감쇠 특성(tan δ), 크리프, 응력 완화 같은 점탄성 특성을 얻을 수 있습니다. TMA 450은 특히 재료 호환성이 대단히 중요한 제조 부품 또는 조립품에서 이러한 재료 특성을 국지적으로 측정하는 데 매우 유용합니다.
* ASTM E831, E1545, D696, D3386, ISO 11359: 파트 1-3
사양
Discovery TMA 450EM | Discovery TMA 450 | |
온도 범위(최대) | -150 ~ 1000 °C | -150 ~ 1000 °C |
온도 정밀도 | ±1°C | ±1°C |
가열 속도 | 0.01 ~ 150 °C/min | 0.01 ~ 150 °C/min |
가열로 냉각 시간(공기 냉각) | 600°C~50°C에서 10분 미만 | 600°C~50°C에서 10분 미만 |
최대 시료 크기 – 고체 | 26 mm (L) x 10 mm (D) | 26 mm (L) x 10 mm (D) |
최대 시료 크기 – 필름/섬유 | ||
정적 작업 | 26 mm (L) x 1.0 mm (T) x 4.7 mm (W) | 26 mm (L) x 1.0 mm (T) x 4.7 mm (W) |
동적 작업 | 26 mm (L) x .35 mm (T) x 4.7 mm (W) | – |
측정 정밀도 | ±0.1% | ±0.1% |
감도 | 15 nm | 15 nm |
변위 분해능 | <0.5 nm | <0.5 nm |
동적 측정 기준선 변동 | <1μm (-100 ~ 500 °C) | <1μm (-100 ~ 500 °C) |
하중 범위 | 0.001 ~ 2 N | 0.001 ~ 2 N |
주파수 범위 | 0.01 ~ 2 Hz | – |
질량 유량 제어 |
● |
● |
대기 조건(정적 또는 유량 제어식) | 아르곤, 헬륨, 질소, 공기 | 아르곤, 헬륨, 질소, 공기 |
TMA는 하중과 대기, 시간, 온도 조건이 통제된 상황에서 재료 변형의 변화를 측정합니다. 특별 설계된 프로브를 사용하여 압축, 굴곡 또는 인장 등 변형 모드에서 하중을 적용할 수 있습니다. TMA는 재료의 고유 특성(예: 팽창 계수, 유리 전이, 영률)과 처리/제품 성능 파라미터(예: 연화점)를 측정합니다.
이러한 측정은 다양한 분야에 적용될 수 있으며 Discovery TMA 450 및 TMA 450EM에서 모두 실시할 수 있습니다. TMA 450은 표준 테스트 세트(온도 변화, 하중 변화, 등변형)를 제공하고 TMA 450EM에서는 응력/변형률, 크리프, 응력 완화, 동적 TMA, 모듈레이티드 TMA™를 추가적으로 제공합니다.
작동 모드 |
TMA 450EM |
TMA 450 |
|
표준(온도 변화, 하중 변화, 등변형) |
● |
● |
|
응력/변형률 |
● |
|
|
크리프 |
● |
○ |
|
응력 완화 |
● |
○ |
|
동적 TMA (DTMA) |
● |
○ |
|
모듈레이티드 TMA™ (MTMA™) |
● |
○ |
● 사용 가능 ○ 업그레이드 옵션으로 사용 가능
TMA의 힘
TMA는 함께 기능해야 하는 재료의 호환성을 이해하는 데 주효합니다. 예를 들면 다음과 같습니다:
- 코팅과 기질
- 라미네이트 인접층
- 수지 또는 탄성체와 그 보강재 또는 충전재
- 밀봉제 또는 캡슐재와 그것이 보호하는 기계 시스템
TMA는 혹독한 환경과 극한의 온도에서 사용할 재료의 적합성을 판단하는 데 도움이 됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다:
- 브레이크 라이닝
- 자동차 개스킷
- 창문 실링
- 납 접합
- 접착제
- 보호용 코팅
열기계 분석(TMA)은 하중과 대기, 시간, 온도 조건이 통제된 상황에서 재료 치수의 변화를 측정합니다. 일반적인 TMA 작동에서 평행하고 평평한 표면을 가진 작은 시료를 열 센서 근처의 석영 단에 올려놓습니다. 일정한 힘을 가하여 석영 프로브를 시료 쪽으로 내립니다. 시료가 가열 또는 냉각되면 석영 프로브의 동작을 모니터링하면서 치수 변화가 측정됩니다.
시험에 대한 산업 표준*을 뛰어넘는 Discovery TMA 450은 재료의 선형 열팽창 계수(CTE), 수축, 연화, 유리 전이 온도, 열 변형 등과 같은 정보를 알려줍니다. Discovery TMA 450의 고급 테스트 기능을 사용하여 과학자와 엔지니어가 데이터 및 장비 투자에 대한 수익을 극대화할 수 있습니다.
* ASTM E831, E1545, D696, D3386, ISO 11359: 파트 1-3
가열로
가열로
TMA 450에는 -150°C~1000°C 사이의 온도를 최대한 정확히 제어하도록 설계된 반응성 높은 경량 가열로가 있어 가열 속도가 분당 0.1~100°C 범위에서 안정적입니다. 이 가열로는 정확한 치수 변화 측정에 필요한 우수한 기본 성능은 물론 모듈레이티드 TMA™ 작동에 필요한 동적 온도 제어를 보장합니다. 가열로의 공기 냉각 기능은 실험 소요 시간을 10분 정도로 낮추어 실험실 생산성을 크게 높여줍니다. 가열로 위에 통합된 Inconel® 718 듀어는 액체 질소를 -150°C까지 냉각할 수 있으며 질소 없는 기계식 냉각 액세서리(MCA 70, 옵션)에 연결할 경우 -70°C까지 냉각할 수 있습니다. 냉각 기능을 통해 주기적 가열/냉각 실험을 실시할 수 있을 뿐만 아니라 실험 소요 시간이 개선됩니다.
시료 단과 프로브
시료 단과 프로브
시료 단과 프로브는 석영으로 만들었으며 -150°C~1000°C의 온도 범위에서 작동하기 위해 최적화되었습니다. 석영은 그 강도와 부식 안정성, 매우 낮은 열팽창 때문에 TMA 450에 사용하기에 이상적인 재료입니다. 단에 접근하기가 쉬워서 프로브나 고정 장치를 설치하고 시료를 올리며 열 센서를 배치하기가 편합니다. 석영 프로브는 팽창, 관통, 굴곡(3점 굴곡) 및 인장 등 변형 모드에 사용하도록 설계되었으며 열팽창 계수(CTE), 축소, 연화점, 소결 온도, 인장 등의 판단에 사용됩니다. 장비에 통합된 이중 입력 기체 제어 장치는 분당 0~200mL의 속도로 시료 영역으로 호르는 공기, 아르곤, 헬륨, 질소 등 퍼지 가스의 양을 계량합니다.
고성능 변위 트랜스듀서
고성능 변위 트랜스듀서
TMA 450의 심장이자 폭넓은 범위에 정밀성 높은 시료 측정 시스템은 시료의 치수 변화에 정비례하는 정확한 출력 신호를 생성합니다. -150~1000°C의 넓은 온도 범위에서 정확하고 신뢰할 수 있는 반응을 보이며 TMA 결과의 재현성을 보장합니다. 시료 길이 최대 26mm, 동적 측정 범위 ±2.5mm에서 15nm의 해상도를 제공하므로 다양한 시료 길이를 테스트할 수 있습니다. 가열로 밑에 이상적으로 위치해 있어 온도의 영향에서 안전하고 안정적인 기저 성능과 반복성을 보장합니다.
비마찰식 하중 모터
비마찰식 하중 모터
비접촉식 모터는 프로브 또는 고정 장치를 통해 비마찰식 조절 보정 하중을 시료에 가합니다. 하중은 0.001~1N 사이에서 디지털 방식으로 프로그래밍하며 무게를 추가하면서 2N으로 수동 증가할 수 있습니다. 하중 모터의 정밀 제어를 통해 모든 변형 모드의 품질 측정에 필요한 정적, 상승/감소, 진동 동력이 생성됩니다. 조절 하중을 이용한 표준 온도 변화부터 작은 진폭의 고정 주파수 사인파 변형을 이용한 동적 TMA까지, Discovery TMA 450은 최고 수준의 감도와 정확도로 폭넓은 재료 특성을 포착할 준비가 갖춰져 있습니다.
Inconel®은 Special Metals Corporation의 등록 상표입니다.
환경 시스템과 프로브
기계 냉각 시스템
기계 냉각 시스템
다양한 온도 범위에서 TMA와 모듈레이티드 TMA™(MTMATM)의 자동 작동을 위해 편리한 기계식 냉각 액세서리인 MCA 70을 이용하십시오. MCA 70은 실제 사용 조건에서 재료를 테스트하기 위하여 제조업체 사용도가 나날이 높아지고 있는 주기적 가열/냉각 실험에 이상적입니다.
온도 주기 테스트(TCT)는 지극히 높고 낮은 온도를 견디는 능력과 극한 상황의 주기적인 노출을 견디는 부품의 능력을 평가합니다. 주기적인 열기계 로딩의 결과로 인한 기계적 결함은 피로로 알려져 있으므로 온도 순환은 주로 피로를 가속화합니다. MCA 70은 급격한 온도 변화에 대한 재료 반응을 연구하기에 더없이 간편합니다.
MCA 70 기능 및 장점:
- 온도 범위 -70°C~400°C의 2단 냉장 시스템
- 액체 질소 냉각이 필요 없는 밀폐 시스템
- 순환 실험, 모듈레이티드 TMA 실험, 제어 실험, 탄동 냉각 실험 가능
- 실험실 요건에 맞는 안전하고 편리한 연속 냉각 작동
속도 제어 |
온도 하강 |
50℃/min |
70℃ |
20℃/min |
-15℃ |
10℃/min |
-40℃ |
5℃/min |
-55℃ |
2℃/min |
-65℃ |
* MCA 70 제어 냉각 속도, 400oC(상한선)부터
* 실험실 조건에 따라 성능은 조금씩 다를 수 있음
MCA 70의 냉각 속도와 온도 성능 안전 범위
* 불활성 질소 대기에서 획득
* 실험실 조건에 따라 성능은 조금씩 다를 수 있음
팽창 테스트 고정 장치
팽창
팽창 측정치로 재료의 열팽창 계수(CTE), 유리 전이 온도(Tg), 압축 계수 등을 판단합니다. 끝이 평평한 표준 팽창 프로브를 시료 위에 놓으면 (소량의 정적 하중이 적용될 수 있음) 시료가 온도 프로그램의 적용을 받습니다. 프로브의 움직임이 시료의 팽창 또는 수축을 기록합니다. 이 테스트는 가장 단단한 시료에 사용됩니다. 과팽창 프로브의 표면적이 넓어 연성 또는 불규칙한 시료, 가루, 필름 등의 분석이 용이하며 팽창계 고정 장치로 열팽창의 용적 계수를 판단할 수 있습니다.
팽창 |
과팽창 |
용적 |
관통 테스트 고정 장치
관통
관통 측정 시에는 확장 팁 프로브를 사용하여 시료 표면의 작은 영역에 구동력을 집중합니다. 이 방법으로 유리 전이(Tg), 연화, 용융 거동을 정확하게 측정합니다. 이 방법은 기질에서 코팅을 제거하지 않고 코팅의 특성을 파악하는 데 유용합니다. 프로브는 팽창 프로브처럼 작동하지만 적용 응력이 더 큽니다. 반구형 프로브는 고체의 연화점 측정 시 대안으로 사용하는 관통 프로브입니다.
관통 |
반구형 |
인장 테스트 고정 장치
인장
필름과 섬유의 응력/변형률 특성의 인장 연구는 필름/섬유 프로브 어셈블리를 이용해 실시합니다. 정렬 고정 장치를 사용하여 클램프에서 안전하고 재현 가능한 시료 위치 조정을 구현할 수 있습니다. 정해진 하중을 적용하여 응력/변형률과 탄성률 정보를 생성합니다. 추가 측정으로는 수축력, Tg, 연화 온도, 경화, 가교 밀도 등이 있습니다. 인장력을 가한 동적 테스트(예: 동적 TMA, 모듈레이티드 TMA™)를 실시하여 점탄성 파라미터(예: E’, E”, tan δ)를 판단하고 중첩 전이를 구분할 수 있습니다.
3-Point Bending Test Fixtures
3 점 휨 테스트 고정 장치
이 휨(굴곡이라고도 함) 변형에서는 단 꼭대기에 있는 2점 석영 모루의 양 끝에서 시료를 지지합니다. 웨지 모양의 석영 프로브를 통해 정해진 정적 하중을 시료 중심으로 수직 적용합니다. 이 테스트는 클램핑 효과가 제거되므로 ‘순수한’ 변형을 나타낸다고 간주되며 주로 단단한 재료(예: 복합재)의 휨 특성과 변형 온도 측정을 판단하는 데 사용됩니다. TMA 450EM에서도 동적 측정을 사용할 수 있는데 여기서는 석영 대신 특수한 저마찰 금속 모루를 사용합니다.
JSONエクスポート
JSON Export: 데이터 관리의 미래
- 원활한 통합: TRIOS 데이터를 개방형 표준 JSON 형식, 으로 변환하여 프로그래밍 도구, 데이터 과학 워크플로 및 연구실 시스템(예: LIMS)과 쉽게 통합할 수 있습니다. JSON은 다음과 같이 사용할수 있습니다:
- 자동으로 저장 가능 (옵션에서 활성화)
- 수동으로 내보내기 기능 사용 가능
- “LIMS로 보내기” 기능 사용 가능
- “Batch”대화상자 또는 명령줄을 통해 사용 가능
- TRIOS AutoPilot으로 사용가능
- 데이터 일관성: • 데이터 일관성: 공개적으로 사용 가능한 JSON 스키마,는 일관된 데이터 구조를 보장하므로 코드를 한 번 작성하면 모든 데이터 파일에 보편적으로 적용할 수 있습니다..
- Python Library(파이썬 라이브러리) : 오픈 소스 Python Library인 TA Data Kit, 를 사용하여 데이터 수집을 단순화하거나 코드 예제를 통해 데이터의 강력한 기능을 활용하는 방법을 알아보세요 .
터치스크린
터치스크린
Discovery TMA 450에는 TA의 혁신적인 터치스크린이 적용되어 향상된 One-Touch-Away™ 기능으로 더욱 손쉽게 작업을 수행할 수 있습니다.
터치스크린 기능 및 장점:
- 인체공학적 설계로 접근성 및 생산성 개선
- 장비 작동을 단순화하는 기능 탑재
- 향상된 사용자 경험을 위한 탄력적인 반응형 터치스크린 One-Touch-Away™ 인터페이스의 포함 사항:
- 시작/정지 컨트롤 실시간 신호 및 플롯
- 활성 방법 보기 온도 설정
- 프로브 및 하중 보정 프로브위치와 시료 측정 설정
- 시스템 정보 시험 및 장비 상태
앱 스타일의 터치스크린과 강력한 새로운 TRIOS 소프트웨어, 견고하고 빠른 보정 루틴의 원활한 작동으로 실험실 작업 흐름과 생산성을 크게 개선합니다.
사용 용이성
사용 용이성
TRIOS 소프트웨어는 TMA 450의 보정 및 작동을 간단하게 만듭니다. 사용자는 다양한 실험 조건(예: 다른 가열 속도 또는 기체 선택) 하에 여러 개의 보정 데이터 세트를 손쉽게 생성할 수 있으며 보정 데이터 세트가 시료 테스트에 사용된 실험 조건과 일치하도록 데이터 세트 간을 원활하게 전환할 수 있습니다. 실시간 신호와 실행 중인 실험의 진행 상황을 즉시 확인할 수 있으며 실행 중에도 방법을 즉시 수정할 수 있습니다. TRIOS 소프트웨어는 업계에서 타의 추종을 불허하는 수준의 유연성을 제공합니다.
빠르고 쉬운 보정
빠르고 쉬운 보정
TRIOS 소프트웨어는 시료 고정/프로브의 보정과 TMA 450 사용을 간편하게 해줍니다. 터치스크린과 TRIOS 소프트웨어 양쪽에서 제공되는 명확한 지침은 간단한 보정 단계를 통해 작업자를 안내하고 마지막으로 요약 보고서가 생성됩니다. 이 보고서는 보정 상태를 한눈에 파악할 수 있게 표시하고 각 데이터 파일에 저장되어 데이터 무결성을 보장합니다.
완벽한 데이터 레코드
완벽한 데이터 레코드
고급 데이터 수집 시스템은 모든 관련 신호, 유효한 보정 및 시스템 설정을 자동으로 저장합니다. 이 포괄적인 정보 집합은 방법 개발, 절차 배포 및 데이터 유효성 검사에 매우 중요합니다.
완벽한 데이터 분석 기능
완벽한 데이터 분석 기능
실험 중에도 실시간 데이터 분석을 위해 다양한 관련 도구 모음을 사용할 수 있습니다. TRIOS 에 완벽하게 통합된 강력하고 다양한 기능을 통해 재료 거동에 대한 실행 가능한 통찰력을 얻을 수 있습니다.
모든 표준 TMA 분석:
- X1에서 알파(CTE)
- X1~X2에서 알파(CTE)
- X1~X2 알파 적합(CTE)
- 시작점 및 종료점 분석
- 치수 변화(절대값, 비율)
- 최대 및 최소 신호
- 단계 전이
- 특정 X점 또는 Y점에서의 곡선값
- 1차 및 2차 유도체
- 수학적 피팅: 직선, 다항식 또는 지수
TMA 450EM의 고급 분석 기능:
- 저장 및 손실 계수, 동적 TMA 사용 시 tan δ 피크 분석
- 모듈레이티드 TMATM(MTMATM)로 총 치수 변화 신호를 가역 및 비가역 치수 변화 신호로 디콘볼루션하여 축소 수축 및 응력 완화에서 팽창을 분리합니다.
표준 작동 테스트
TMA는 하중과 대기, 시간, 온도 조건이 통제된 상황에서 재료 변형의 변화를 측정합니다. 특별 설계된 프로브를 사용하여 압축, 굴곡 또는 인장 등 변형 모드에서 하중을 적용할 수 있습니다. TMA는 재료의 고유 특성(예: 팽창 계수, 유리 전이, 영률)과 처리/제품 성능 파라미터(예: 연화점)를 측정합니다.
이러한 측정은 다양한 분야에 적용될 수 있으며 Discovery TMA 450 및 TMA 450EM에서 모두 실시할 수 있습니다. TMA 450은 표준 테스트 세트(온도 변화, 하중 변화, 등변형)를 제공하고 TMA 450EM에서는 응력/변형률, 크리프, 응력 완화, 동적 TMA, 모듈레이티드 TMA™를 추가적으로 제공합니다.
이론
이론
열기계 분석(TMA)은 하중과 대기, 시간, 온도 조건이 통제된 상황에서 재료 치수의 변화를 측정합니다. 일반적인 TMA 작동에서 평행하고 평평한 표면을 가진 작은 시료를 열 센서 근처의 석영 단에 올려놓습니다. 일정한 힘을 가하여 석영 프로브를 시료 쪽으로 내립니다. 시료가 가열 또는 냉각되면 석영 프로브의 동작을 모니터링하면서 치수 변화가 측정됩니다.
시험에 대한 산업 표준*을 뛰어넘는 Discovery TMA 450은 재료의 선형 열팽창 계수(CTE), 수축, 연화, 유리 전이 온도, 열 변형 등과 같은 정보를 알려줍니다.
Discovery TMA 450의 고급 테스트 기능을 사용하여 과학자와 엔지니어가 데이터 및 장비 투자에 대한 수익을 극대화할 수 있습니다.
가장 흔히 사용하는 세 가지 실험, 즉 온도 변화 시험, 하중 변화 시험, 등변형 시험 템플릿이 Discovery TMA 450에 표준 테스트로 포함되어 있습니다.
온도 변화 | 변위 또는 변형률 모니터링
선형 온도 변화 조건에서 하중은 일정하게 유지하고 변위를 모니터링하여 고유의 특성 측정치를 제공합니다.
하중 변화 | 변위 또는 변형률 모니터링
하중은 램프로 으르거나 내리고 일정 온도에서 하중 변화로 인한 변형률을 측정하여 하중/변위 플롯과 계수 평가를 생성합니다.
등변형 | 하중 모니터링
변형률을 일정하게 유지하고 온도 변화 조건에서 변형률 유지에 필요한 하중을 모니터링합니다. 이 실험으로 필름/섬유 같은 재료의 수축력을 평가할 수 있습니다.
열팽창 계수
열팽창 계수
TMA에서 가장 흔히 측정하는 특성은 ASTM E831, D969, D3380 및 ISO 11359 파트 1-3에 기록된 국제 표준에 따르는 열팽창 계수(CTE)입니다. CTE는 다른 온도에서 재료의 팽창 또는 수축 역학을 설명해 줍니다. CTE는 재료의 중요한 특성으로서 물리적인 재료 크기에 미치는 온도의 영향을 무시하면 제품에 결함이 발생하고 박리를 일으킨다고 알려져 있습니다. 평균 열팽창 계수(CTE)는 다음과 같이 계산합니다:
여기서 α가 평균 열팽창 계수이고 ∆L은 지정 온도 범위에서 시료의 팽창(mm)이고 L0은 최초 시료 길이(mm)이며 ∆T는 시험 중 온도 변화(ºC)입니다. 재료의 CTE는 온도에 따라 달라지며 α는 특정 온도 범위에서 알려진 평균값입니다.
변형 온도
변형 온도
열변형 온도(HDT: Heat Deflection Temperature)와 하중 하의 변형 온도(DTUL: Deflection Temperature Under Load)는 동일한 용어이며, 3점 휨 로드가 적용된 재료가 사전에 정한 위치로 변형되는 온도를 반영합니다. 시료에 실제로 가한 하중과 필요한 변형량은 시료 구조에 따라 다릅니다.
ASTM 표준 E2092와 관련 표준 D648에서는 DTUL을 특정 응력(455 또는 1820kPa) 하에서 정확한 변형률(절차*에 나온 시료 치수에 따라 0.25mm 변형 또는 0.20% 변형률)이 발생하는 온도로 정의합니다. TMA에서 이 응력을 얻는 데 필요한 로드(하중)는 아래 방정식을 이용해 알 수 있습니다.
여기서 F가 하중(N)이고 S가 응력(0.455MPa[66psi] 또는 1.82MPa [264psi])이며, b는 시료 폭(mm)이고 d는 시료 두께(mm)이고 L은 시료 길이(굴곡 프로브 구조에 나온 대로 5.08mm)입니다.
시험 시료의 변형은 사전에 정한 변형률 수준이 관찰되는 온도 함수로 기록합니다. 변형 또는 치수 변화는 아래 방정식의 관계를 이용해 결정됩니다.
여기서 D는 중앙 범위에서 TMA의 치수 변화(mm)이고 r은 시료 변형률(0.0020 또는 0.20%)입니다.
하중 하의 변형 온도(DTUL) 시험은 Discovery 450 TMA에서 손쉽게 실시합니다. 하중 0.455MPa(66psi), 변형률 0.2%, 분당 2°C 가열 조건에서 3점 굴곡 프로브를 이용해 폴리스티렌, 폴리설폰, 폴리페닐 황화물을 테스트합니다. 이 재료의 DTUL 측정치는 상승한 온도에서 하중을 견디는 능력을 구분하며 강성 손실 시점의 온도를 결정합니다. 어떤 재료의 변형 온도는 호환 수지와 섬유 보강을 이용한 다시 배합을 통해 수정될 수 있습니다. Discovery TMA 450에서는 작은 시료의 DTUL 시험을 쉽고 빠르게 실시합니다.
응력 0.455MPa, 변형률 0.2%, 가열 속도 분당 2°C 조건을 이용하여 중앙 범위에서 실험 하중과 치수 변화에 대하여 계산된 값.
시료 | 시료 폭(b) x 두께(d) x 길이(L)(mm) | 계산된 하중, F(N) | 중앙 범위에서 치수 변화, D |
폴리스티렌 | 2.33 x 1.76 x 5.08 | 0.431 | 4.89 |
폴리설폰 | 2.30 x 1.87 x 5.08 | 0.480 | 4.60 |
폴리페닐 황화물 | 2.36 x 1.72 x 5.08 | 0.417 | 5.00 |
고유 특성과 제품 특성 측정
고유 특성과 제품 특성 측정
이 그림은 일정 하중을 적용했을 때 온도 변화를 이용한 합성 고무의 연화점과 Tg의 팽창 및 관통 프로브 측정을 보여줍니다. 팽창 플롯에서 큰 폭의 CTE 변화는 전이 온도를 나타냅니다. 관통에서는 프로브가 시료에 급격하게 변형되는 것으로 전이가 감지됩니다.
관통 및 반구형
관통 및 반구형
연화 온도(Ts) 결정
관통 고정 장치는 가열 속도 분당 5°C, 일정 하중 0.2N으로 통제한 상태에서 비정질 열가소성 혼합물인 폴리카보네이트/아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(PC/ABS)를 테스트하는 데 사용되었습니다. 관통을 통해 연화 온도/유리 전이의 활당은 ASTM E1545 및 ISO 11359에 나열된 조건을 따랐습니다. 연화점은 치수 변화에서 음의 변형으로 쉽게 감지되며 이 혼합물의 각 성분에서 개별 연화점이 관찰되었습니다.
섬유의 열응력 분석
섬유의 열응력 분석
이 그림은 받은 상태로 냉간 인발을 한 폴리올레핀 섬유에 대해 응력 분석을 실시하기 위하여 일정 변형률(1%)에서 온도 변화를 이용한 인장 테스트 실험을 보여줍니다. 플롯은 온도 함수로서 설정 변형률을 유지하는 데 필요한 하중을 보여줍니다. 이 데이터는 수축력, 인발 온도, 인발 비율, 파단 연신율, 결절 강도 등과 같은 섬유업계의 주요 가공 파라미터와 상관관계가 있습니다.
수축력 테스트
수축력 테스트
이 그림은 식품 포장 필름의 인장 모드에서 기본 수축력(등변형) 실험을 나타냅니다. 실온에서 필름에 변형률 20%를 주어 5분간 유지하고 필름을 -50°C로 냉각하고 5분 이상 유지한 후 분당 5°C씩 75°C까지 가열하였습니다. 플롯은 필름이 정해진 변형률을 유지하는 데 필요한 하중 변이(수축력)를 보여줍니다. 이 테스트는 냉동고부터 전자레인지까지 필름 사용을 시뮬레이션한 것입니다.
고급 작동 테스트
고급 테스트에는 재료의 팽창과 수축을 동시에 효율적으로 분리하는 업계 최고의 TA 모듈레이티드 TMA™, 작은 진폭의 고정 주파수 사인파 변형에 의한 점탄성 특성을 알아보는 동적 TMA, 전이 조건에서 점탄성 반응을 알아보는 크리프/응력 완화 등 기능이 포함됩니다. 이러한 고급 옵션을 이용하여 과학자와 엔지니어는 재료의 역학 반응에 대한 귀한 정보를 얻을 수 있습니다.
이론
응력/변형률 테스트
일정 온도에서 응력 또는 변형률이 상승하거나 하강할 때 결과적인 변형률 또는 응력을 측정합니다. 이 데이터는 고객이 입력한 시료 기하학적 인자 를 사용하여 응력/변형률 플롯과 관련 계수 정보를 제공합니다. 또한 계산된 계수를 응력, 변형률, 온도, 시간 등의 함수로 표시할 수 있습니다.
크리프 및 응력 이완
TMA는 전이(크리프 또는 응력 완화) 테스트를 이용하여 점탄성 특성도 측정합니다. 크리프 실험에서 입력 응력이 일정하게 유지되고 결과적인 변형률은 시간 함수로 모니터링됩니다. 응력 완화 실험에서 입력 변형률이 일정하게 유지되고 응력 감쇠는 시간 함수로 측정됩니다. 순응도 단위(크리프 시험)와 응력 완화 계수(응력 완화 시험)로 데이터를 표시할 수도 있습니다.
모듈레이티드 TMA™ (MTMA™)
업계 최고의 TA 모듈레이티드 TMA™는 재료의 팽창과 수축을 동시에 효율적으로 분리합니다. 총 치수 변화의 디콘볼루션을 통해 응력 완화와 동일한 온도 지역에서 발생한 유리 전이 등 이벤트를 손쉽게밝혀냅니다. 모듈레이티드 TMA™(MTMATM)에서는 기존 선형 변화 위에서 중첩되어 표시되는 사인파형 온도 불안정성의 결합 효과를 시료에 가합니다. 출력 신호(원시 데이터의 푸리에 변환 후)는 총 변위와 열팽창 계수의 변화입니다.
모듈레이티드 TMA는 총 변위를 가역 및 비가역 치수 변화 신호로 분리합니다. 가역 신호에는 치수 변화에 기인하는 이벤트가 포함되며 Tg와 같은 관련 이벤트를 감지하는 데 유용합니다. 비가역 신호에는 시간 종속적인 동역학적 과정(예: 응력 완화)과 관련된 이벤트가 포함됩니다. 이는 TA Instruments Discovery TMA 450EM의 고유 기법입니다.
동적 TMA 테스트
동적 TMA(DTMA)에서는 사인파형 하중과 선형 온도 변화를 시료에 적용하고(그림 A) 결과적인 사인파형 변형률과 사인파 위상차(δ)를 측정합니다(그림 B). 이 데이터에서 저장 탄성률(E’), 손실 탄성률(E”), tan δ(E”/E’)는 온도, 시간 또는 응력의 함수로 계산합니다(그림 C). 과학자나 엔지니어는 동적 TMA를 이용해 재료의 점탄성 반응을 얻을 수 있습니다.
그림 A
그림 B
그림 C
필름 인장 테스트
필름 인장 테스트
위 그림은 일정 온도에서 인장력을 가한 폴리머 필름의 응력 변화 실험을 나타냅니다. 플롯에는 응력과 변형률이 선형으로 관련되어 있는 넓은 영역이 보이며 여기서 인장 탄성률을 바로 결정할 수 있습니다. 양적 탄성률 데이터도 응력, 변형률, 시간 또는 온도의 함수로 나타낼 수 있습니다. 결과적으로 TMA 450EM은 필름과 섬유의 미니 인장 측정기로 사용할 수 있습니다.
인장
섬유 응력/변형률 측정
응력/변형률 측정은 재료의 평가 및 비교에 널리 사용됩니다. 그림은 일정 온도에서 하중 변화를 적용한 25μm 폴리아미드 섬유가 인장력을 가한 상태로 다른 영역의 응력/변형률 반응을 보여줍니다. 섬유에 순간적인 변형, 감속, 선형 응력/변형률 반응, 항복 신장을 가합니다. 다른 파라미터(예: 항복 응력, 영률)도 결정할 수 있습니다.
크리프 분석
크리프 분석
크리프 테스트는 응력 변화가 예상되는 응용 분야의 재료 선정에 중요합니다. 이 예시는 인장력을 가한 상태인 폴리에틸렌 필름에 대한 상온 크리프 연구를 보여줍니다. 설정된 응력에 대한 순간적인 변형과 감속, 변형률 반응의 선형 영역은 물론 제로 응력 조건에서 시간에 따른 회복 상태까지 보여줍니다. 이 데이터는 시간 대비 순응도와 복원 가능 순응도로 표시할 수도 있습니다.
응력 완화 분석
응력 완화 분석
이 그림은 앞 예시에서 크리프 연구에 사용했던 동일한 폴리올레핀 필름에서 인장력을 가한 응력 완화 테스트를 보여줍니다. 알려진 변형률을 필름에 적용하고 유지하는 동안 응력 변화를 모니터링했습니다. 플롯을 보면 응력 완화 계수에서 일반적인 감쇠가 보입니다. 이러한 테스트는 변형 시 변화가 예상되는 경우 엔지니어가 최종 사용할 재료를 설계하는 데 도움이 됩니다.
중첩 전이 분리
중첩 전이 분리 – 모듈레이티드 TMA
오른쪽 그림은 PCB(인쇄 회로 기판)의 Tg를 결정하기 위한 MTMA 연구입니다. 플롯에 표시된 신호는 총 치수 변화와 해당 가역 및 비가역 성분입니다. 총 신호는 표준 TMA와 동일하지만 Tg를 고유하게 정의하지는 않습니다. 그러나 성분 신호는 PCB 처리 과정에서 유발된 응력 완화 이벤트에서 실제 Tg를 확실히 분리합니다.
점탄성 특성 결정
점탄성 특성 결정 – 동적 TMA
이 그림은 인장력을 가한 반결정체 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 필름은 선형 온도 변화 중에 고정된 사인파형 하중을 받는 동적 테스트를 보여줍니다. 결과로 나타난 변형률과 위상 데이터는 재료의 점탄성 특성(예: E’, E”, tan δ) 계산에 사용합니다. 0플롯에 나타난 데이터는 유리 전이 온도를 통해 필름을 가열했을 때 극적인 계수 변화를 보여줍니다.