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과학

열기계 분석

열기계 분석과학
영문명
Thermomechanical analysis
약칭
TMA
주요 측정
치수와 변형
대표 활용
열팽창과 수축 평가
열기계 분석은 제어된 온도 조건에서 시료의 치수나 변형 변화를 측정하는 방법이다. TMA라고 줄여 부르며, 온도와 시간에 따른 팽창과 수축 등 재료의 기계적 거동을 조사한다.

온도를 바꾸며 길이를 본다

시료 온도를 정해진 프로그램으로 조절하면서 치수의 변화를 기록한다. 열이 드나드는 정도를 측정하는 DSC나 질량 변화를 측정하는 TGA와는 직접 읽는 양이 다르다. 같은 가열 과정이라도 각 장치가 보여 주는 정보를 구별해야 한다.

팽창과 수축을 구분한다

온도가 올라간다고 모든 시료가 모든 구간에서 늘어나기만 하는 것은 아니다. 재료와 상태에 따라 수축이나 다른 변형이 함께 나타날 수 있다. 따라서 한 지점의 길이 변화만 보고 원인을 확정하기보다 전체 온도 구간의 곡선을 살펴 해석한다.

상대 변화의 예

가상의 시료 길이가 10 mm에서 10.02 mm로 늘었다면 증가량은 0.02 mm이고 초기 길이에 대한 상대 변화는 0.2%다. 길이가 두 배인 다른 시료에서 같은 증가량이 나왔다면 상대 변화는 다르다. 절대 변위와 초기 치수로 정규화한 값을 구별해 비교한다.

재료 평가의 한 부분

TMA는 열적 조건에 따른 치수 안정성을 확인하거나 고분자의 전이와 경화 과정 등을 조사하는 데 활용한다. 변형 변화가 보였다는 사실만으로 화학 반응이나 질량 손실이 모두 증명되는 것은 아니다. 필요한 경우 다른 열분석 결과와 함께 검토해 원인을 좁힌다.

관련 문서

동적 기계 분석 / 열중량 분석 / 시차 주사 열량법 / 열팽창 / 온도 / 변형률 / 고분자 / 길이