熱機械分析儀TMA 結構原理介紹

 TMA的核心結構

• 機架：整個儀器的基礎，需要具備及高的剛性，在測試溫度范圍內自身不會發生軸向變形，以保證測量精度。

• 加熱/致冷裝置：提供程序化的溫度控制。其工作溫度范圍很寬，通?？蛇_ -150℃ 至 600℃，一些端型號甚至可以達到 1500℃ 或更低（配合液氮冷卻系統）?？販鼐纫话憧蛇_ ±0.5℃ 或更高。

• 加荷裝置：通過壓桿和探頭（壓頭），向樣品施加一個恒定或程序控制的微小載荷（力）。這個力通常很小，僅為確保探頭與樣品接觸，而不至于壓壞樣品。

• 形變測量裝置：這是核心傳感器，通常采用差動變壓器（LVDT）。它可以極其精確地檢測到探頭因樣品形變而產生的微小位移，并將其轉化為電信號。測量精度可達到微米（μm）甚至納米（nm）級別。

• 溫度程序控制與數據處理系統：負責控制整個實驗過程，并同步采集溫度、應力、應變等數據，蕞終生成溫度-形變曲線，供后續分析使用。

 工作原理

1. 準備階段：將待測樣品放置于樣品臺上，選擇合適的探頭（如平頭、針入、拉伸夾具等）輕輕接觸樣品表面，并施加一個預設的微小恒定負荷。

2. 程序控溫：按照設定的速率（如 5℃/min）均勻加熱（或冷卻）樣品，使其經歷特定的溫度區間。

3. 形變監測：隨著溫度變化，樣品會發生膨脹、收縮、軟化或相變等物理行為，導致其尺寸發生變化。這種微小的長度變化會傳遞給探頭。

4. 信號轉換與記錄：探頭的位移被差動變壓器實時捕捉并轉換為電信號，儀器的央處理單元同時記錄下此刻的溫度和形變量。

5. 數據分析：最終，計算機將這些數據繪制成一條溫度-形變曲線（TMA曲線）。通過分析這條曲線上的特征點（如轉折點、斜率變化），就可以得到材料的關鍵性能參數。

 主要特點與應用

• 線膨脹系數 (CTE)：衡量材料受熱時膨脹程度的指標。

• 玻璃化轉變溫度 (Tg)：非晶態聚合物的重要特征溫度。

• 軟化點與固化溫度：如熱固性樹脂的固化過程研究。

• 相轉變溫度：材料晶體結構發生變化的溫度點。

• 蠕變與應力松弛：材料在恒定負荷下的形變行為。