Metode Uji Standar ASTM E831-19 untuk Ekspansi Termal Linier Bahan Padat dengan Analisis Termomekanik

Standar “ASTM E831-19 Metode uji standar untuk ekspansi termal linier bahan padat dengan analisis termomekanis” yang diterbitkan oleh American Society for Testing and Materials (ASTM) menjelaskan metode uji untuk menentukan koefisien teknis ekspansi termal linier bahan padat menggunakan teknik analisis termomekanis. Metode pengujian ini berlaku untuk material padat yang menunjukkan kekerasan yang cukup pada seluruh rentang suhu pengujian sehingga probe penginderaan tidak membuat lekukan pada sampel. Batas bawah yang direkomendasikan untuk koefisien ekspansi termal linier yang diukur dengan metode uji ini adalah 5 µm/(m derajat). Metode pengujian ini dapat digunakan pada tingkat ekspansi yang lebih rendah (atau negatif) dengan akurasi dan sensitivitas yang lebih rendah. Metode pengujian ini berlaku untuk kisaran suhu minus 120 derajat hingga plus 900 derajat. Kisaran suhu dapat diperluas lebih lanjut tergantung pada instrumentasi dan bahan kalibrasi yang digunakan.

Semua istilah dan definisi yang tercantum dalam standar “ASTM E473-21a Standard Terminology on Thermal Analysis and Rheology” dan “ASTM E1142-11 Standard Terminology on Thermophysical Properties” berlaku untuk metode pengujian ini, termasuk istilah analisis termal, koefisien ekspansi termal linier, termodilatometri, dan analisis termomekanis. Selain itu, koefisien rata-rata ekspansi termal linear, perubahan panjang relatif terhadap panjang sampel pada suhu sekitar, menyatakan perubahan suhu satuan yang ditentukan oleh suhu titik tengah rentang suhu pengukuran.

Metode pengujian ini menggunakan penganalisa termo-mekanik atau perangkat serupa untuk menentukan ekspansi termal linear bahan padat saat mengalami laju pemanasan konstan. Perubahan panjang sampel dicatat secara elektronik sebagai fungsi suhu. Koefisien ekspansi termal linear dapat dihitung dari data yang tercatat ini.

Koefisien ekspansi termal linear digunakan, misalnya, untuk tujuan desain dan untuk menentukan apakah kegagalan akibat tekanan termal akan terjadi ketika benda padat yang terdiri dari dua bahan berbeda mengalami perubahan suhu. Metode pengujian ini sebanding dengan standar “Metode pengujian standar ASTM D3386-00 untuk koefisien ekspansi termal linier bahan isolasi listrik” untuk menguji bahan isolasi listrik, tetapi mencakup kelompok bahan padat yang lebih umum dan mendefinisikan kondisi pengujian secara lebih spesifik. Metode pengujian ini menggunakan sampel yang lebih kecil dan peralatan yang jauh berbeda dari metode pengujian yang ditetapkan dalam standar ASTM E228-22 dan ASTM D696-16. Metode pengujian ini dapat digunakan dalam penelitian, penerimaan spesifikasi, kepatuhan peraturan dan jaminan kualitas.

Perangkat analisis termomekanis digunakan dalam pengujian ini. Instrumen yang diperlukan untuk menyediakan kemampuan analitis termomekanis atau termodilatometri minimum untuk metode pengujian ini meliputi:

• Tempat sampel kaku: Terbuat dari bahan inert dengan koefisien ekspansi rendah untuk memusatkan sampel di dalam tungku dan untuk mengamankan sampel secara mekanis ke alasnya.
• Probe ekspansi kaku: Bahan ekspansi inert dengan koefisien rendah yang bersentuhan dengan gaya tekanan yang diterapkan pada sampel.
• Elemen penginderaan: Linear dengan jangkauan minimum 50 mm untuk mengukur perpindahan probe ekspansi kaku hingga plus/minus 2 nm yang disebabkan oleh perubahan panjang sampel.
• Transduser berat atau gaya: Untuk menghasilkan gaya konstan sebesar 1 mn hingga 100 mn (0,1 g hingga 10 g) yang diterapkan pada sampel melalui probe ekspansi kaku.
• Oven: Mampu menyediakan pemanasan (pendinginan) sampel yang terkontrol dan seragam pada suhu konstan atau pada laju konstan antara 2 derajat/menit dan 10 derajat/menit, pada rentang suhu yang berlaku yaitu minus 150 derajat hingga plus 1000 derajat.
• Pengontrol suhu: Perangkat suhu isotermal yang mampu menjalankan program suhu tertentu dengan mengoperasikan tungku antara batas suhu yang dipilih dengan laju perubahan suhu antara 2 derajat/menit dan 10 derajat/menit, ditetapkan pada plus/minus 0,1 derajat/menit atau ditetapkan pada plus/minus 0,5 derajat.
• Sensor suhu: Dapat ditempelkan pada sampel, bersentuhan dengannya, atau ditempatkan secara berulang-ulang di dekat sampel dan dapat menunjukkan suhu hingga plus/minus 0,5 derajat.
• Sarana untuk mempertahankan lingkungan di sekitar sampel gas inert pada laju gas pembersih 10 mL/menit hingga 50 mL/menit. Secara umum, nitrogen, argon, atau helium murni lebih dari 99 persen digunakan jika oksidasi di udara menjadi masalah. Jika efek kelembaban tidak akan diselidiki, penggunaan gas pembersih kering direkomendasikan dan diperlukan untuk operasi pada suhu subambien.
• Perangkat akuisisi data: Menyediakan sarana untuk memperoleh, menyimpan, dan menampilkan sinyal yang diukur atau dihitung, atau keduanya. Sinyal keluaran minimum yang diperlukan untuk analisis termomekanis adalah perubahan dimensi linear, suhu, dan waktu.

Kapasitas pendinginan juga diperlukan dalam pengujian untuk mempertahankan suhu sampel subambien (jika pengukuran subambien akan dilakukan) atau untuk mempercepat pendinginan sampel dari suhu yang tinggi.

Sampel harus berukuran panjang antara 2 mm dan 10 mm dan memiliki ujung lurus dan sejajar hingga plus7minus 25 µm. Dimensi lateral tidak boleh melebihi 10 mm. Sampel dengan ukuran lain dapat digunakan tetapi dimensi harus dilaporkan. Telah diamati bahwa tingkat kerataan dan paralelisme ini tidak dapat dicapai pada beberapa material. Sampel yang tidak memenuhi persyaratan ini dapat mengakibatkan peningkatan hilangnya sensitivitas. Sampel umumnya diukur saat diterima. Jika ada perlakuan panas atau mekanis yang diterapkan pada sampel sebelum pengujian, hal ini harus dicatat dalam laporan. Beberapa bahan, terutama komposit, mungkin memerlukan perlakuan panas untuk mengondisikan sampel sebelum pengujian guna menghilangkan tekanan atau distorsi. Perlakuan panas semacam itu harus disertakan dalam laporan.

Organisasi kami, yang telah berusaha mendukung bisnis dari setiap sektor dengan berbagai pengujian, pengukuran, analisis, dan studi evaluasi yang telah dilakukan selama bertahun-tahun, memiliki staf yang kuat yang mengikuti dengan cermat perkembangan di dunia di bidang sains dan teknologi dan terus-menerus meningkatkan dirinya. Dalam konteks ini, layanan pengujian juga diberikan kepada bisnis sesuai dengan standar “Metode uji standar ASTM E831-19 untuk ekspansi termal linier bahan padat dengan analisis termomekanis”.