热机械分析仪TMA 结构原理介绍

 TMA的核心结构

• 机架：整个仪器的基础，需要具备及高的刚性，在测试温度范围内自身不会发生轴向变形，以保证测量精度。

• 加热/致冷装置：提供程序化的温度控制。其工作温度范围很宽，通常可达 -150℃ 至 600℃，一些端型号甚至可以达到 1500℃ 或更低（配合液氮冷却系统）。控温精度一般可达 ±0.5℃ 或更高。

• 加荷装置：通过压杆和探头（压头），向样品施加一个恒定或程序控制的微小载荷（力）。这个力通常很小，仅为确保探头与样品接触，而不至于压坏样品。

• 形变测量装置：这是核心传感器，通常采用差动变压器（LVDT）。它可以极其精确地检测到探头因样品形变而产生的微小位移，并将其转化为电信号。测量精度可达到微米（μm）甚至纳米（nm）级别。

• 温度程序控制与数据处理系统：负责控制整个实验过程，并同步采集温度、应力、应变等数据，蕞终生成温度-形变曲线，供后续分析使用。

 工作原理

1. 准备阶段：将待测样品放置于样品台上，选择合适的探头（如平头、针入、拉伸夹具等）轻轻接触样品表面，并施加一个预设的微小恒定负荷。

2. 程序控温：按照设定的速率（如 5℃/min）均匀加热（或冷却）样品，使其经历特定的温度区间。

3. 形变监测：随着温度变化，样品会发生膨胀、收缩、软化或相变等物理行为，导致其尺寸发生变化。这种微小的长度变化会传递给探头。

4. 信号转换与记录：探头的位移被差动变压器实时捕捉并转换为电信号，仪器的央处理单元同时记录下此刻的温度和形变量。

5. 数据分析：最终，计算机将这些数据绘制成一条温度-形变曲线（TMA曲线）。通过分析这条曲线上的特征点（如转折点、斜率变化），就可以得到材料的关键性能参数。

 主要特点与应用

• 线膨胀系数 (CTE)：衡量材料受热时膨胀程度的指标。

• 玻璃化转变温度 (Tg)：非晶态聚合物的重要特征温度。

• 软化点与固化温度：如热固性树脂的固化过程研究。

• 相转变温度：材料晶体结构发生变化的温度点。

• 蠕变与应力松弛：材料在恒定负荷下的形变行为。