熱機(jī)械分析（TMA）的介紹

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展以及對(duì)新材料的物理和化學(xué)性能研究的迫切需要，熱分析方法取得了很快的進(jìn)展，已相繼研制出測(cè)量物質(zhì)各種性質(zhì)的熱分析方法，包括熱機(jī)械分析（TMA）、動(dòng)態(tài)熱機(jī)械法（DMA）、逸出氣體分析（EGA）、熱光學(xué)法、熱發(fā)聲法、放射熱分析和熱逸出水分分析等。這里簡(jiǎn)要介紹熱機(jī)械分析法。

許多無機(jī)、有機(jī)和高分子材料的性能往往與它們的熱（或力學(xué)）歷史密切相關(guān)。雖然這些材料的形成和加工處理時(shí)的熱性質(zhì)可用DTA和DSC進(jìn)行研究，但是這兩種方法在檢測(cè)極為微小的熱變化時(shí)還不夠靈敏。在這種情況下，可借助于熱機(jī)械分析，因?yàn)樵谠摐囟认逻@些材料存在著應(yīng)力的釋放或變形。

熱機(jī)械分析是在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)在非振動(dòng)負(fù)荷下的形變與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。實(shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)具有一定形狀的試樣施加外力，根據(jù)所測(cè)試樣的形變溫度曲線，就可求算出試樣的力學(xué)性質(zhì)，所施加外力的方式有壓縮、扭轉(zhuǎn)和拉伸等。

初采用的方法是針入度法。該法用針狀探頭對(duì)試樣表面施加一定負(fù)荷，把針狀探頭插入試樣時(shí)的溫度作為物質(zhì)的軟化點(diǎn)。后來，又有扭轉(zhuǎn)法和拉伸法，前者用于模量變化的測(cè)定，后者用于測(cè)定材料的軟化和熱收縮等。

熱機(jī)械分析儀的構(gòu)造示意圖見圖4.1-16。TMA的核心部分是一個(gè)中心可移動(dòng)的線性可變微分轉(zhuǎn)換器，它的輸出訊號(hào)和它的中心線性位移成正比。試樣溫度由一根靠近試樣的熱電偶監(jiān)測(cè)。試樣和探頭套在一個(gè)圓柱形的控溫加熱器中。記錄器所記錄的是探頭位移-溫度（或時(shí)間）曲線。該儀器可根據(jù)測(cè)試的要求安裝各種類型的探頭，例如壓縮型或拉伸型探頭等。

通常熱機(jī)械分析儀還配備有下列幾種附件。

1）纖維拉伸譜儀測(cè)定纖維的收縮應(yīng)力與溫度的關(guān)系。

該譜儀的主要變換器是由一個(gè)低彈性常數(shù)的負(fù)荷單元與TMA上的線性可變微分轉(zhuǎn)換器串聯(lián)在一起的。這種譜儀是研究纖維熱歷史的一種很有用的附件，可用于研究纖維的熱定形、織構(gòu)和拉絲的比率。

2）應(yīng)力松弛譜儀 測(cè)定黏彈性材料的松弛模數(shù)與時(shí)間的關(guān)系。這種譜儀的變換器是由高負(fù)荷單元和承受1kg負(fù)荷的無脹鋼探頭與TMA上的線性可變微分轉(zhuǎn)換器串聯(lián)在一起的。該譜儀可測(cè)定材料的應(yīng)力松弛效應(yīng)和彈性模量。

3）平行的板式流變儀 分析黏性材料的低切變黏度。

TMA除了測(cè)定收縮應(yīng)力、黏度和彈性模量以外，還可用于膨脹系數(shù)、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、拉伸模量和壓縮模量的測(cè)定以及蠕變的研究。