Štandardná skúšobná metóda ASTM E831-19 pre lineárnu tepelnú rozťažnosť pevných materiálov termomechanickou analýzou

Norma „ASTM E831-19 Štandardná skúšobná metóda pre lineárnu tepelnú rozťažnosť pevných materiálov termomechanickou analýzou“ vydaná Americkou spoločnosťou pre testovanie a materiály (ASTM) opisuje skúšobnú metódu na stanovenie technického koeficientu lineárnej tepelnej rozťažnosti pevných materiálov pomocou techník termomechanickej analýzy. Táto testovacia metóda je použiteľná pre pevné materiály, ktoré vykazujú dostatočnú tvrdosť v celom rozsahu testovacej teploty, aby snímacia sonda nevtlačila vzorku. Odporúčaná dolná hranica koeficientu lineárnej tepelnej rozťažnosti meraného touto testovacou metódou je 5 µm/(m stupeň). Testovaciu metódu je možné použiť pri nižších (alebo negatívnych) úrovniach rozťažnosti s menšou presnosťou a citlivosťou. Táto skúšobná metóda je použiteľná v teplotnom rozsahu od mínus 120 stupňov do plus 900 stupňov. Teplotný rozsah sa môže ďalej rozšíriť v závislosti od použitých prístrojov a kalibračných materiálov.

Všetky termíny a definície uvedené v normách „ASTM E473-21a Štandardná terminológia pre tepelnú analýzu a reológiu“ a „ASTM E1142-11 Štandardná terminológia pre termofyzikálne vlastnosti“ sú platné pre túto testovaciu metódu vrátane termínov tepelnej analýzy, koeficientu lineárnej tepelnej rozťažnosti, termodilatometrie a termomechanickej analýzy. Okrem toho priemerný koeficient lineárnej tepelnej rozťažnosti, zmena dĺžky vzhľadom na dĺžku vzorky pri okolitej teplote, vyjadruje zmenu jednotkovej teploty definovanej strednou teplotou rozsahu meraných teplôt.

Táto testovacia metóda využíva termomechanický analyzátor alebo podobné zariadenie na stanovenie lineárnej tepelnej rozťažnosti pevných materiálov pri konštantnej rýchlosti ohrevu. Zmena dĺžky vzorky sa zaznamenáva elektronicky ako funkcia teploty. Z týchto zaznamenaných údajov je možné vypočítať koeficient lineárnej tepelnej rozťažnosti.

Koeficienty lineárnej tepelnej rozťažnosti sa používajú napríklad na účely návrhu a na určenie, či dôjde k porušeniu v dôsledku tepelného namáhania, keď je pevné teleso zložené z dvoch rôznych materiálov vystavené teplotným zmenám. Táto skúšobná metóda je porovnateľná s normou „ASTM D3386-00 Štandardná skúšobná metóda pre koeficient lineárnej tepelnej rozťažnosti elektroizolačných materiálov“ na skúšanie elektroizolačných materiálov, ale pokrýva všeobecnejšiu skupinu pevných materiálov a konkrétnejšie definuje skúšobné podmienky. Táto testovacia metóda používa menšiu vzorku a výrazne odlišné zariadenie ako testovacie metódy definované v normách ASTM E228-22 a ASTM D696-16. Táto testovacia metóda sa môže použiť vo výskume, pri schvaľovaní špecifikácií, pri dodržiavaní predpisov a pri zabezpečovaní kvality.

V týchto testoch sa používajú termomechanické analytické zariadenia. Tento prístroj potrebný na zabezpečenie minimálnej termomechanickej analytickej alebo termodilatometrickej schopnosti pre túto testovaciu metódu zahŕňa:

• Pevný držiak vzorky: Vyrobený z inertného materiálu s nízkym koeficientom rozťažnosti na vycentrovanie vzorky v peci a mechanické upevnenie vzorky k základni.
• Pevná rozťažná sonda: Inertný materiál s nízkym koeficientom rozťažnosti, ktorý prichádza do kontaktu s tlakovou silou pôsobiacou na vzorku.
• Snímací prvok: Lineárny s minimálnym rozsahom 50 mm na meranie posunutia pevnej rozťažnej sondy až do plus/mínus 2 nm spôsobeného zmenami dĺžky vzorky.
• Prevodník hmotnosti alebo sily: Na vytvorenie konštantnej sily 1 mn až 100 mn (0,1 g až 10 g) aplikovanej na vzorku pomocou pevnej rozťažnej sondy.
• Pec: Schopná zabezpečiť rovnomerné riadené ohrievanie (chladenie) vzorky na konštantnú teplotu alebo konštantnou rýchlosťou medzi 2 stupňami/min a 10 stupňami/min v príslušnom teplotnom rozsahu od mínus 150 stupňov do plus 1000 stupňov.
• Regulátor teploty: Izotermické teplotné zariadenie schopné spustiť špecifický teplotný program prevádzkou pece medzi zvolenými teplotnými limitmi s rýchlosťou zmeny teploty medzi 2 stupňami/min a 10 stupňami/min, pevne nastavenou na plus/mínus 0,1 stupňa/min alebo pevne nastavenou na plus/mínus 0,5 stupňa.
• Teplotný senzor: Môže byť pripevnený k vzorke, v kontakte s ňou alebo reprodukovateľne umiestnený v tesnej blízkosti vzorky a môže indikovať teplotu s presnosťou plus/mínus 0,5 stupňa.
• Prostriedok na udržiavanie prostredia okolo vzorky inertného plynu s prietokom preplachovacieho plynu 10 ml/min až 50 ml/min. Vo všeobecnosti sa používa dusík, argón alebo hélium s čistotou viac ako 99 percent, ak je problémom oxidácia vo vzduchu. Ak sa nemajú skúmať vplyvy vlhkosti, odporúča sa použitie suchého preplachovacieho plynu, ktoré je potrebné pre prevádzku pri teplotách nižších ako je okolitá teplota.
• Zariadenie na zber údajov: Poskytuje prostriedky na zber, ukladanie a zobrazovanie nameraných alebo vypočítaných signálov, alebo oboch. Minimálne výstupné signály potrebné pre termomechanickú analýzu sú zmena lineárneho rozmeru, teploty a času.

Chladiaca kapacita je pri testoch potrebná aj na udržanie teploty vzorky nižšej ako je teplota okolitého prostredia (ak sa majú vykonávať merania nižšej ako je teplota okolitého prostredia) alebo na urýchlenie chladenia vzorky zo zvýšených teplôt.

Vzorky by mali mať dĺžku od 2 mm do 10 mm a mali by mať rovné, rovnobežné konce s hrúbkou do +7 mínus 25 µm. Bočné rozmery nesmú presiahnuť 10 mm. Môžu sa použiť vzorky iných veľkostí, ale rozmery je potrebné nahlásiť. Bolo pozorované, že túto úroveň rovinnosti a rovnobežnosti nie je možné dosiahnuť v niektorých materiáloch. Vzorky, ktoré nespĺňajú tieto požiadavky, môžu viesť k zvýšenej strate citlivosti. Vzorky sa vo všeobecnosti merajú tak, ako boli prijaté. Ak bola vzorka pred testovaním tepelne alebo mechanicky ošetrená, malo by sa to uviesť v správe. Niektoré materiály, najmä kompozity, môžu vyžadovať tepelné spracovanie na úpravu vzorky pred testovaním, aby sa odstránili napätia alebo deformácie. Akékoľvek takéto tepelné spracovanie by malo byť uvedené v správe.

Naša organizácia, ktorá sa už roky snaží podporovať podniky zo všetkých sektorov širokou škálou testovacích, meracích, analytických a hodnotiacich štúdií, má silný personál, ktorý pozorne sleduje svetový vývoj v oblasti vedy a techniky a neustále sa zlepšuje. V tejto súvislosti sa podnikom poskytujú aj testovacie služby v súlade s normou „ASTM E831-19 Štandardná testovacia metóda pre lineárnu tepelnú rozťažnosť pevných materiálov termomechanickou analýzou“.