熱機械分析法（TMA）是一種熱分析技術，在施加恒定力（非振蕩應力下）的同時，測量微米級尺寸變化，包括材料性能隨時間或溫度改變而發生的變形。應力可以是壓縮、拉伸或彎曲。探針可以捕捉到熱膨脹/收縮和軟化引起的樣品長度變化。

TMA如何工作？

首先將樣品置于TMA加熱爐中，控制樣品溫度變化，使樣品受力（壓縮、拉伸或彎曲）。隨后可檢測出樣品在特定溫度下的任何形變情況。

 

 

 

上述輸出圖形顯示了兩種不同類型的測量。在上圖中，可以通過玻璃化轉變溫度以上曲線的梯度來測定膨脹系數。下圖是針入測量，可以測定聚合物的軟化溫度。

TMA提供哪些熱性能相關信息？

熱機械分析法可用于測量材料的軟化、各向異性、結晶、蠕變和應力松弛、固-固轉變、熱膨脹系數（CTE）、玻璃化轉變溫度（Tg）和壓縮模量，并且可用于測定楊氏模量（ASTM E2769-16）。

如何根據特定ASTM方法解讀TMA的結果

我們選擇了ASTM E831-19《通過熱機械分析對固體材料進行線性熱膨脹的標準試驗方法》作為示例。本試驗方法使用熱機械分析技術測定固體材料的線性熱膨脹系數。

本試驗方法適用于在試驗溫度范圍內表現出足夠剛性的固體材料，因此探針不會對試樣產生凹痕。

下述TMA曲線圖顯示了線性熱膨脹測量（也稱為熱膨脹系數（CTE））的典型示例。對于大多數具有非晶相（即表現出玻璃化轉變）的聚合物而言，玻璃化轉變溫度以下的膨脹系數將小于之后的膨脹系數。

在這種情況下，我們可以看出，在122.1℃下發生轉變之前的線性部分的斜率小于之后的斜率。這表明溫度越高，膨脹系數越大。在本例中，我們還可以看出，熱膨脹系數結果會因樣品測量的方向而異。通過觀察線性熱膨脹區域中兩個不同溫度之間的尺寸變化來測量熱膨脹系數，并報告為μm/（m·℃）。

 

使用TMA有什么優勢？

通過使用TMA，可以測定最終零件的性能。例如，通過測量材料的熱膨脹，能夠知道材料是否與其他材料兼容，或者材料是否會分層。此外，還能夠發現材料在應力下的性能，以及材料受力的響應是否會隨著時間或溫度的變化而發生變化。

TMA主要用于測量彈性體、粘合劑和鍍層、薄膜和纖維、橡膠和塑料，但也可以測量金屬和陶瓷的熱膨脹。

日立TMA分析儀系列產品可實現更好的熱分析

日立TMA儀器能夠在較寬的溫度范圍內評估樣品的膨脹或收縮。日立推出的分析儀還可以進行蠕變、應力松弛、熱收縮應力、應力-應變和DMA測量。根據所需要的溫度范圍，日立TMA7100（-170℃至600℃）或TMA7300（室溫至1500℃）能助力確保材料符合質量保證和出廠檢驗要求，從而確保符合規格。