Técnicas de Análisis Térmico para la Caracterización de Materiales

Quím. Alberto Toxqui Terán, M. en C.

Laboratorio de Análisis Térmico

UNIDAD MONTERREY

Técnicas de Análisis Térmico para la

Caracterización de Materiales

© Derechos Reservados 2015 CIMAV - Alberto Toxqui Terán

Análisis resultado de la

medición de cambios y

propiedades físicas o químicas

que ocurren en una sustancia

mientras se calienta (o enfría)

en condiciones experimentales

controladas tales como

temperatura, tiempo, presión,

fuerza, entre otras.

Análisis Térmico (TA)

“Un conjunto de técnicas que miden una propiedad

de un material como función de la temperatura”

Análisis Térmico (TA)

Análisis Térmico (TA)

- Masa

- Longitud

- Flujo de calor

- Elasticidad

Propiedades típicas medibles

Análisis Térmico (TA)

Uso de TA *

TGA Thermogravimetric Analysis

MASA

DTG Derivative Thermogravimetry

dm/dt

DTA Differential Thermal Analysis

ΔT = Ts-Tr

DSC Differential Scanning Calorimetry

FLUJO DE CALOR

DMA Dynamic Mechanical Analysis

ELASTICIDAD/VISCOSIDAD

TMA Thermomechanical Analysis

DIMENSION

Técnicas de TA

DSC 50%

TGA 30%

Otros 5%

DMA/TMA 15%

* Perkin Elmer (2005)

Por análisis termogravimétrico (TGA) se mide la variación de la masa

de una muestra cuando es sometida a un programa de temperatura en

una atmósfera controlada. La variación de masa puede ser una pérdida

de masa o una ganancia de masa.

Análisis Termogravimétrico (TGA)

Por calorimetría diferencial de barrido (DSC) mide la cantidad de

energía (calor) absorbido o desprendido de una muestra, cuando es

calentado, congelado o mantenido a temperatura constante

Calorimetría diferencial de barrido (DSC)

Por análisis termomecánico (TMA) mide los

cambios de dimensión de una muestra

(tales como expansión o contracción) como

una función de temperatura, tiempo y

fuerza aplicada a una muestra z

Y

X

E”: Pérdida de energía

en movimiento interno

E’: Respuesta

elástica

Análisis Mecánico (TMA/DMA)

Por análisis dinámico-mecánico (DMA)

mide el comportamiento reológico

(deformación por esfuerzos externos) de

una muestra bajo condiciones dinámicas

(tales como elasticidad, flexibilidad y

amortiguamiento) como una función de

temperatura, tiempo, frecuencia, estrés,

atmósfera o una combinación de dichos

parámetros

Técnica de Análisis Térmico

Tipo de gráficas - resultado y/o aplicación

TGA Pérdida de Masa vs. Temperatura

- Temperatura de descomposición

- % en peso y análisis de composición

- Tiempo de oxidación y estabilidad térmica

DSC Flujo de Calor vs. Temperatura

- Tm, Tc, Tg

- ΔH, tiempo de curado, grado de curado

- Velocidad de reacción y cinéticas

DMA Propiedad viscoelástica vs. Temperatura

- Elasticidad almacenada/perdida/compleja (E’, E”, E*)

- tan δ (E”/ E’)

- Viscosidad

TMA Cambio dimensional vs. Temperatura

- Coeficiente de expansión térmica (CTE) (α1, α 2)

- Tg

- Punto de reblandecimiento

Farmaceutico Polimorfismo

Contenido de humedad

Pureza

Empaquetamiento

Cristalinidad / Estudios de fase amorfa

Análisis de recubrimiento

Caracterización de polvos

Ciencias de la vida Fusión de Proteínas / desdoblamiento

Desnaturalización de proteínas

Caracterización de proteínas liofilizada

Generación de calor metabólico

Polímero / Caucho / Químico Fusión

Grado de cristalinidad

Transición vítrea

Condiciones de procesamiento

Curado / Entrecruzamiento

Estabilidad Oxidativa (OIT)

Cristalización isotérmica

Calor específico (Capacidad calorífica)

Estudios cinéticos

Contenido de humedad/volátiles

Análisis de composición

Análisis de combustión/descomposición

Suavidad

Dureza de material/ modulo

Expansión/contracción

Aplicaciones

Analizador térmico

a) Celdas para muestra/referencia

b) Sensores para detectar/medir una propiedad de la

muestra y de la temperatura

c) Un compartimiento dentro del cual los parámetros

experimentales puedan ser controlados

d) Una computadora para la recolección y

procesamiento de datos

Análisis Termogravimétrico (TGA)

Instrumentación para TGA

Compartimento con gas

Muestra

Calentador

Programador de temperatura

Controlador de

balanza

Fuente de

Poder

Temperatura del Horno

Temperatura de

la muestra

Peso Entrada de Gas

Instrumentación para TGA

Análisis Termogravimétrico (TGA)

Configuraciones de balanza/horno

• Calentamiento uniforme

• No debe afectar a la balanza

• Respuesta rápida

• Amplio intervalo de velocidades de calentamiento/enfriamiento

• Enfriamiento rápido

• Revestimiento inerte (alumina o mullita)

Análisis Termogravimétrico (TGA)

i) Estable sin descomposición ni productos

volátiles (verificar ausencia de transición

de fase sólida o polimerización)

ii) Pérdida rápida característica de

desorción por flujo de gas

iii) Descomposición que conlleva a

determinar estequiometría e investigar la

cinética de reacción

iv) Descomposición en multi-etapas con

intermediarios relativamente estables que

podrían ser evaluados

estequiométricamente

v) Descomposición en multi-etapas sin

intermediarios estables. Recomendable

disminuir velocidad de calentamiento

vi) Reacción de la muestra con la

atmósfera, p.ej. ox. de metal

vii) Porducto de oxidación que descompone

a altas temperaturas. No frecuente. (p.ej.

2Ag + ½O2 Ag2O 2Ag + ½ O2)

Termogramas

Termograma típico de TGA

Análisis Termogravimétrico (TGA)

Proceso Ganancia de Peso Pérdida de Peso

Ad- (superficie) o absorción (volumen) X

Desorción (superficie) X

Deshidratación/desolvatación X

Sublimación X

Vaporización X

Descomposición X

Reacciones sólido-sólido X

Reacciones sólido-gas X

Principales procesos de un estudio térmico de TGA

DTG

Cada pico es proporcional a un cambio de masa de la muestra

Cambios nulos dm/dt=0

25 mg de Caolita, 10 °C/min

30mL/min N2, crisol de Pt

Resolución de curvas complejas de TGA

DTG

1. El DTA implica calentar o enfriar una muestra y una referencia inerte bajo

condiciones idénticas, mientras se registra cualquier diferencia de

temperatura entre la muestra y la referencia.

2. La temperatura diferencial es graficada contra el tiempo o contra la

temperatura. Los cambios en la muestra pueden ser detectados relativos a la

referencia, conduciendo a observar la evolución térmica de la muestra.

3. El DTA, por tanto, es usado para estudiar las propiedades térmicas y

cambios de fase de una muestra, los cuales no conllevan un cambio en

entalpia.

4. La línea base de una curva DTA debe exhibir discontinuidades en las

temperaturas de transición y la pendiente de la curva en cualquier punto va a

depender de la constitución microestructural de la muestra a esa

temperatura.

5. Una curva DTA puede ser usada como una “huella digital” para propósitos

de identificación.

6. El área bajo la curva de un pico de DTA puede ser el cambio de entalpía y

no es afectado por la capacidad calorífica de la muestra.

Análisis térmico diferencial (DTA)

Instrumentación para DTA

Referencia Muestra

Fuente

de Poder

Termopar

Horno

Adquisición

y control de

datos

Regulación

Amplificador

Instrumentación para DTA

El material de referencia debe:

a) No presentar eventos térmicos en el intervalo de trabajo

b) No reaccionar con el portamuestras o el termopar

c) Una conductividad térmica y una capacidad calorífica

similares a los de la muestra

d) Usarse en polvo

Sustancias más empleadas:

i. Inorgánicas: Al2O3 y SiC

ii. Orgánicas: polímeros tales como octil ftalato y aceite de

silicona

Instrumentación para DTA

Proceso endotérmico

ΔH = A·K / m

m = masa de la muestra

K = factor de calibración

ΔH positivo

Calibración de TGA-DTA

Temperatura

• Intervalo de calibración igual al de trabajo

• Estándar dentro del intervalo correspondiente

• Alta pureza (99.999%)

• Entalpía exacta conocida

• Termoestable

• Estable a la luz

• No higroscópico

• No reactivo (portamuestras, atmósfera)

Flujo de Calor

• Estándar con capacidad calorífica conocida (p.ej. záfiro)

• Velocidad de calentamiento precisa e igual a la de trabajo

• Pesos de referencia y de muestra similares

Calibración de TGA-DTA Estándares empleados en la calibración

Sustancia pura T (°C) H (J/g)

In 156.6 28.47

Sn 231.9 60.61

Al 660.2 398.10

Ag 960.8 110.6

Pb 327.5 22.99

Zn 419.4 115.79

KClO4 299.4 54.4

K2SO4 583 45.98

K2CrO4 665 54.34

-COOH 122.3 147.3

Antraceno 216 161.9

Muestra de 10mg de oro (99.999%) a 10°C/min en crisol de alumina con atmósfera de aire

Calibración de TGA-DTA

Factores que pueden afectan los resultados

II) INSTRUMENTAL

• Velocidad de calentamiento

• Atmósfera del horno y

velocidad de flujo

• Crisoles

• Vibración

• Geometría del portamuestra y el

horno

• Material del portamuestras

I) RELACIONADOS CON LA MUESTRA

• Masa

• Masa calentamiento homogéneo

• Muestras desconocidas, masa pequeña

• Tamaño de partícula

• Cristales, polvo, pasta o gránulos

• Historia de la muestra/pre-tratamiento

• Empaquetamiento

• Conductividad térmica

• Calor de reacción

Para un instrumento determinado, es importante ser cuidadosos con el

proceso de estandarización que permita resultados reproducibles.

Limitaciones físicas en un proceso de calentamiento

Convección térmica a

través de la atmósfera

circundante

Conducción térmica a

través del portamuestras y

el instrumento

Radiación de la

pared del horno

Intercambio de gases:

gases reactivos hacia

dentro y productos

hacia fuera de la

muestra

Medición de

temperatura de la

muestra

Curva de TGA de CaC2O4.H2O

I. Polvo; II. Cristal único

Efecto del tamaño de partícula Efecto de la cantidad de muestra

Curva de TGA de CaC2O4.H2O

en atmósfera estática a 300°C/h

(a) 126 mg; (b) 250 mg; (c) 500 mg

Efecto de la velocidad de calentamiento

Muestras de 10 mg de politetrafluoretileno (PTFE), calentado

a 2.5, 5, 10 y 20 °C/min en atmósfera de nitrógeno

Muestras de policarbonato lineal (LPC) y ramificado (BPC), calentado

a 5, 10 y 20 °C/min en atmósfera de nitrógeno

Efecto de la velocidad de calentamiento

LPC BPC

Efecto de la atmósfera

Muestras de oxalato de calcio monohidratado (CaC2O4

.H2O) en aire and nitrógeno

I. SrCO3 rómbico SrCO3 hexagonal

II. SrCO3 SrO + CO2

Efecto de la atmósfera

Volumen del crisol Intervalo de

temperatura Muestra

Material del crisol Atmósfera Cambiador de

muestras

Análisis Térmico

Crisol

Selección de crisol

Material Intervalo de temperatura

(°C)

Comentarios

Al2O3 0 a 1500 Uso general, útil con metales, poroso

Pt 0 a 1500 Inerte, pero no aplicable en fusión de metales o en

atmósfera reductora a más de 900°C. Recomendables

para curvas de DTA y DSC

Al -180 a 600 Para temperatura baja

Au -100 a 700 Propiedades químicas muy resistentes

Zafiro 0 a 1000 Ideal para fundir metales como Fe y Ni

Cu 0 a 700 Usado determinar tiempo de inducción a la oxidación

(OIT) en presencia de cobre con efecto catalizador

Vidrio/silica 0 a 500 En tubos con cuello de botella, buena resistencia química

Selección de crisol

Parámetros experimentales en TGA

Parámetro Resolución máxima

Sensibilidad máxima

Tamaño de la

muestra

Pequeña Grande

Velocidad de

calentamiento

Lenta Rápida

Muestra/referencia Juntos Aislados

Superficie/volumen Grande Pequeña

Atmósfera Inerte Vacío

Analizador termogravimétrico (TGA) con DTA/DSC simultáneos

UNIDAD MONTERREY

Laboratorio de Análisis Térmico

SDT Q 600 TA Instruments

SDT Q 600

Termopar

Crisol de muestra

Soporte de muestra

Brazo de la balanza

Flujo horizontal

de gas de purga

Horno

Gas de purga

reactivo

Mecanismo de

balance dual

Fotodiodos y

sensores

Barra de

balanza/termopar

US 5,321,719

Capacidad para muestra 200 mg (350 mg incluyendo el soporte para

la muestra)

Sensibilidad de la balanza 0.1 μg

Intervalo de temperatura Temperatura ambiente (T.A.) a 1500 °C

Velocidad de calentamiento - T.A. a 1000 °C 0.1 a 100 °C/min

Velocidad de calentamiento - T.A. a 1500 °C 0.1 a 25 °C/min

Enfriamiento de horno Aire a presión (1500 to 50 °C in < 30 min,

1000 °C in , 20 min)

Termopares Platino/Platino-Rodio 13%(Tipo R) (At. Inerte y Ox.)

Calibración de temperatura Estándares Metálicos (1 a 5 puntos) o

Punto de Curie (transición ferromagnética

de estándares como Ni)

DTA Sensibilidad 0.001 °C

Exactitud/Precisión Calorimétrica ± 2% (basada en los estándares metálicos)

Crisoles para muestra Platino: 40 μL, 110 μL

Alumina: 40 μL, 90 μL

SDT Q 600

Intervalo de temperatura

(°C)

Señales

50-250 - Picos endotérmicos

- Pérdida de agua absorbida, agua de intercapas (p. ej.

alofanos, halloysite (arcilla mineral amorfa nano-natural),

esmectita)

400-700 - Picos exotérmicos y endotérmicos

- Reacciones de cristalización (por. ej. geles de hierro u óxidos

de aluminio)

- Picos de diagnóstico de formas cristalinas

- Reacciones de deshidroxilación

900-1050 - Picos exotérmicos

- Reacción de nucleación o recristalización (p.ej. caolita-

cloritos)

Principales efectos térmicos en arcillas de suelos

Composición de Poliacetato de vinilo (PVAc)

Estudio de estabilidad de polímeros

a : Policloruro de Vinilo (PVC)

b : Nylon-6

c : Polietileno de baja densidad (LDPE)

d : Politetrafluoretileno (PTFE)

Identificación de polipropileno/polietileno (PP/PE)

3.8%

54%

% H2O Teórico: (M.M.H20 / M.M.compuesto) * 100

(18 g mol-1 / 563.72 g mol-1) * 100 = 3.2%

Mn3(SeO3)3·H2O H2O [1] + 3Se [2] + 9/4 O2 [2] + 3/2 Mn2O3 [Residuo]

AE - RX

RX

% Pérdida Teórica: (( M.M. 3Se + 9/4O2) / M.M. compuesto ) * 100

((3*78.96 g mol-1 + 9/4*32 g mol-1) / 563.72 g mol-1 ) * 100 = 54.8%

-H20

-CO2

-CO

CaC2O4·H2O CaC2O4 CaCO3 CaO 146.11 g mol-1 128.10 g mol-1 100.09 g mol-1 56.08 g mol-1

100 % 87. 7 % 68.5 % 38.4 %

Teórico

12.3 %

Teórico

19.2 %

Teórico

30.1 %

Análisis de DTA para oxalato de calcio

monohidratado (CaC2O4·H2O)

10 °C/min N2

(1) Sustancias volátiles: humedad, monómeros, disolventes

(2) Plastificante Dioctil ftalato (DOP)

(3) Formación de HCl

(4) División Carbono-carbono

(5) Formación de CO2

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Análisis de una muestra de tubería de PVC

Análisis de negro de carbón en caucho estireno-butadieno (SBR)

Análisis termogravimétrico en función del tiempo, temperatura y

gas de purga de una muestra de carbón bituminoso

- Un calorímetro mide el calor dentro o fuera de una

muestra

- Un calorímetro diferencial mide el calor de una

muestra respecto a una referencia

-Un calorímetro diferencial de barrido, además de lo

anterior, calienta/enfría la muestra con una rampa de

temperatura lineal/modulada

Calorimetría diferencial de barrido (DSC)

Instrumentación para DSC

Calorimetría diferencial de barrido (DSC)

Instrumentación para DSC

Calorimetría diferencial de barrido (DSC)

Señal DSC

Principio de trabajo de DSC

Principio de trabajo de DSC

Termograma típico en DSC

Tg

Tc

Tm

Amorfo Fase - La porción de material cuyas moléculas están orientadas aleatoriamente en el espacio. Por ejemplo, líquidos y sólidos vítreos o gomosos (caucho)., tales como termoestables y algunos termoplásticos . Cristalina Fase - La porción de material cuyas moléculas están dispuestas regularmente en estructuras bien definidas que consisten en unidades de repetición . Muy pocos polímeros son 100 % cristalino. Polímeros semi-cristalinos - polímeros cuyas fases sólidas son parcialmente amorfas y parcialmente cristalinas. La mayoría de los termoplásticos comunes son semi- cristalino.

Raj Suryanarayanan,College of

Pharmacy, University of Minnesota

Calorimetría diferencial de barrido (DSC)

Calorimetría diferencial de barrido (DSC)

Fusión - transición endotérmica tras el calentamiento de un sólido cristalino al estado líquido. La fusión ocurre en materiales cristalinos. Cristalización - transición exotérmica tras el enfriamiento de líquido a sólido cristalino . La cristalización es una función del tiempo y la temperatura . Entalpía de fusión/cristalización - energía térmica requerida/liberada para la fusión/cristalización . Esto se calcula integrando el área del pico de DSC en un momento base. Transición vítrea - temperatura a la que se cambia del estado vítreo al estado gomoso. estado vítreo: movimiento vibracional y rotacional de corto alcance de átomos

→ duro, rígido y quebradizo.

estado gomoso: movimiento rotacional de largo alcance de segmentos (20-50 átomos)

→ suave y flexible.

Algunos posibles procesos asignables en DSC

PROCESO EXOTERMICO ENDOTERMICO

Transición sólido-sólido * *

Cristalización *

Fusión *

Vaporización *

Sublimación *

Adsorción *

Desorción *

Desolvatación (secado) *

Decomposición * *

Reacción sólid-sólido * *

Reacción sólido-líquido * *

Reacción sólido-gas * *

Curado *

Polimerización *

Reacciones catalíticas *

79 . 70 °C ( I )

75 . 41 °C 81 . 80 °C

144 . 72 °C

137 . 58 °C 20 . 30 J / g

245 . 24 °C

228 . 80 °C 22 . 48 J / g

Cycle 1

- 0 . 5

0 . 0

0 . 5

1 . 0

1 . 5

Heat

Flo

w ( W

/ g )

0 50 100 150 200 250 300

Temperature ( °C )

Sample : PET 80 PC 20 _ MM 1 1 min Size : 23 . 4300 mg Method : standard dsc heat - cool - heat Comment : 5 / 4 / 06

DSC File : C :... \ DSC \ Melt Mixed 1 \ PET 80 PC 20 _ MM 1 . 001 Operator : SAC Run Date : 05 - Apr - 2006 15 : 34 Instrument : DSC Q 1000 V 9 . 4 Build 287

Exo Down Universal V 4 . 2 E TA Instruments

Termograma por DSC de PET

Tg

Tc

Tm

Entalpía de fusión

157.81°C

156.50°C28.87J/g

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

He

at

Flo

w (

W/g

)

140 145 150 155 160 165 170 175

Temperature (°C)

Sample: INDIUM CRIMPED PAN CHECKSize: 7.6300 mgMethod: indiumComment: P/N 56S-107

DSCFile: C:...\10C per min crimped\DSC010920A.3Operator: Ron VansickleRun Date: 20-Sep-01 09:13Instrument: 2920 MDSC V2.6A

Exo Up Universal V3.3B TA Instruments

extrapolated onset

temperature

peak melting

temperature

Procesos de fusión en termogramas por DSC

pure substances • linear melting curve

• melting point defined

by onset temperature

impure substances • concave melting curve

• melting characterized

at peak maxima

• eutectic impurities may produce a second peak melting with decomposition

• exothermic

• endothermic

eutectic melt

Influencia de la cantidad de masa en una muestra

Temperature (°C)

150 152 154 156

0

-2

-4

-6

DS

C H

ea

t F

low

(W

/g)

10mg

4.0mg

15mg

1.7mg

1.0mg

0.6mg

Indium at 10°C/minute Normalized Data

158 160 162 164 166

Onset not influenced by mass

Influencia de la cantidad de masa en una muestra

154 156 158 160 162 164 166 168 170

- 5

- 4

- 3

- 2

- 1

0

1

Temperature ( ° C)

Heat

Flo

w (

W/g

)

heating rates = 2, 5, 10, 20 ° C/min

Efecto de la velocidad de calentamiento en la temperatura de fusión del Indio

-Collares, F.P.; Finzer, J.R.D.; Kieckbusch, T.G. A transição vítrea em produtos

alimentícios. Brazilian Journal of Food. Technology, v. 5, p. 117-130

Efecto de la velocidad de calentamiento sobre la Tg

Para una muestra dada, la velocidad de flujo de calor (J/sec), debida a la capacidad calorífica, es linealmente proporcional a la

velocidad de calentamiento (°C/min)

Efecto de la velocidad de calentamiento sobre la Tg

Para una muestra dada, la velocidad de flujo de calor (J/sec), debida a la capacidad calorífica, es linealmente proporcional a la

velocidad de calentamiento (°C/min)

Para una muestra dada, la velocidad de flujo de calor (J/sec), debida a la capacidad calorífica, es linealmente proporcional a la

velocidad de calentamiento (°C/min)

Efecto de la velocidad de calentamiento sobre la Tg

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

Hea

t F

low

T4

P (

mW

)

-60 -40 -20 0 20 40

Temperature (°C)

20 C/min

10 C/min

5 C/min

1.0 mg Polypropylene Film

Polipropileno (PP) - Tg

Polietilen tereftalato (PET) - Tc

Capacidad de enfriamiento

1. Seleccionar la charola (no hermética, hermética o abierta).

2. Preparar de 1 a 70 mg. de muestra dependiendo del tipo de

medición.

Preparación de muestra

Tipo de medición Tamaño de muestra (mg)

Transición vítrea 10 - 20

Punto de fusión 2-10

Cinéticas (Borchardt & Daniels) 5 - 10

Capacidad calorífica 10 - 70

Pureza 1 - 3

cristalinidad o estabilidad oxidativa 5 - 10

3. Prensar charola con tapa (en su caso)

155 157 159 161

Temperature (°C)

-20

-15

-10

-5

0

Hea

t F

low

(m

W)

Tzero DSC

Conventional DSC

Tzero DSC 5.64mg Indium 10°C/min

Punto de fusión del Indio

4,4’-azoxianisol

Resolución

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

Heat F

low

(m

W)

-100 0 100 200 300 400

Temperature (°C)

Conventional BaselineT zero Baseline

Línea base

Calorímetro Diferencial de Barrido

UNIDAD MONTERREY

Laboratorio de Análisis Térmico

DSC Q 200 TA Instruments

El análisis dinámico-mecánico (DMA) permite estudiar, entre otras cosas,

propiedades mecánicas en función de la temperatura, así como transiciones

moleculares (curado, Tg) y fenómenos de fluidez (viscosidad) y de relajación de

esfuerzo (elasticidad):

- Comportamiento térmico a escala molecular

- Comportamiento mecánico de materiales para sólidos elásticos

- Respuesta de esfuerzo a una deformación senoidal que es función del tiempo

Análisis Dinámico-Mecánico (DMA)

Análisis Dinámico-Mecánico (DMA)

Técnica que tradicionalmente se utiliza para el análisis de polímeros. Está

técnica es muy sensible a cambios en las propiedades de los materiales,

como la transición vítrea en polímeros. Se puede utilizar para evaluar el

ángulo de desfasamiento (tan δ), el módulo de almacenamiento o elástico

(E') el módulo de pérdida o de viscosidad(E") medidos en función de la T o

t, al deformar los materiales bajo una carga oscilatoria (esfuerzo) a una T

controlada en una atmósfera específica.

Application Characteristic Example

Regions in which state is

dependent on temperature E´

Energy and entropy-elastic region, start

of melting

Temperature-dependent

stiffness E´, E´´, Tg ,tan Elastic and nonelastic response

Thermal limits on use Tg Start of softening or embrittlement

Frequency- and temperature

dependent damping tan (f) Response of damping elements

Blend of constituents difficult to

identify by DSC Tg

Impact-modification of Polyamid 6

through butadiene rubber

Influence of fiber reinforcement

on mechanical parameters E´, E´´, tan Anisotropic stiffness

Recycling, repeated

processing, aging Tg1 , Tg2

Shift in butadiene Tg from ABS to

higher temperatures

State of aging (conditioning) Tg Water content of PA

Degree of curing, postcuring Tg Tg rises, tan falls, modulus rises

Thermal degradation Tg Tg falls

Aplicaciones Prácticas

Pruebas mecánicas por DMA

Dual/Single Cantilever

3-Point Bend

Shear Sandwich

Compression

Tension

Submersible

Compression

and Tension

Clamps

Modos de deformación

Deformation modes Samples size Type of sample Examples

3-Point Bend length: 20 and 50 mm

width: 15 mm thickness: 5 mm stiff, low damping

metals, ceramics, highly filled thermosetting

polymers, highly filled crystalline, thermoplastic

polymers Small 3-Point Bend length: 5, 10 and 15 mm

Dual Cantilever length: 8, 20 and 35 mm

width: from 15 mm thickness: from 5 mm weak to moderately

stiff

thermosetting resins, elastomers, amorphous or lightly filled thermoplastic

materials, stiff bar of polymer (single cantilever) Single Cantilever

length: 4, 10, 17.5 mm width: from 15 mm

thickness: from 5 mm

Shear Sandwich 10 mm square, to maximum of 4 mm thickness each side

unsupported viscous liquid to

elastomers above glass transition

uncured resins, b-staged material, tirerubber, uncured

thermosets

Tension with automated length

measurement using a preset tension

length: 5 up to 30 mm width: from 6.5 mm

thickness: from 2 mm

thin films, single/bundled

fibers

various types of films or fibers

Compression with automated thickness measurement using a

preset load

parallel plates, 10 and 40 mm diameter removable

plates

gels and weak elastomers

personal care products, toothpaste, hydrogels

Penetration with automated thickness measurement using a

preset load

2.5 mm diameter, removable any material

Various samples for DMA penetration, glass transition, or melting analysis (not used for quantitative DMA experiments)

Modos de deformación & tamaños de muestra

Análizador Dinámico-Mecánico

UNIDAD MONTERREY

Laboratorio de Análisis Térmico

DMA Q800 TA Instruments

Especificaciones:

- Intervalo de T: Temp.amb. a 600°C

- Atmósfera estática de aire o flujo de N2

- Intervalo de Fuerza: 0.0001 a 18 Newtons

- Amplitud de deformación dinámica: 0.5 a

10,000 micras.

- Frecuencia de operación: 0,01 a 200 Hz

- Resolución de tensión: 1 nanómetro.

- Modos de deformación: Flexión, Tensión y

Compresión

Aplicaciones:

- Medir ángulo de desfasamiento (tan δ), el

módulo de almacenamiento (E’) y el módulo de

pérdida (E”)

- Evaluar propiedades viscoelásticas y de

amortiguamiento en sólidos.

Análizador Dinámico-Mecánico

DMA Q800 TA Instruments

Muchas gracias por su atención

Laboratorio de Análisis Térmico

UNIDAD MONTERREY

Alianza Norte No.202, Parque de Investigación e Innovación Tecnológica (PIIT),

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Quím. Alberto Toxqui Terán, M. en C.

Laboratorio de Análisis Térmico

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