熱機械分析（TMA）

熱機械分析（TMA）は、制御された温度プログラムと規定の機械的力に材料をさらすことで、その寸法変化（膨張または収縮）を測定します。分析の際には、サンプルをサンプリングエリアに配置し、材料に小さな力を加えながら加熱または冷却します。次に、力を加えながらサンプルを加熱または冷却し、材料を膨張または収縮させます。

センサは、サンプルの寸法変化を測定し、温度または時間に対する変位をプロットします。得られたデータは、線膨張、収縮、熱膨張係数（CTE）、 ガラス転移温度、軟化点、およびさまざまな熱条件下での材料の挙動に関連するその他の特性を計算するために使用されます。

測定モード：メトラー・トレドのTMA装置は、サンプルや測定の種類に応じて、さまざまな測定モードを提供します。

• 圧縮/熱膨張測定モード
• 針入モード
• フィルムおよびファイバーの引張モード
• 3点曲げモード
• 液体中での膨潤モード
• 液体の体積膨張モード

さまざまな測定モードの詳細については、TMAのパンフレットをご覧いただくか、無料のオンデマンドTMAウェビナーをご覧ください。

TMA（熱機械分析）の理論は、材料が制御された温度プログラムにさらされると、熱膨張または収縮するという原理に基づいています。これにより寸法が変化します。異なる条件下でこれらの寸法変化を測定することにより、熱機械分析装置を使用して材料の機械的挙動に関する貴重な情報を得ることができます。

熱機械挙動とは、温度変化に対する物質の機械的反応（例えば、膨張または収縮）のことです。この研究分野では、温度と機械的応力または力の相互に影響し合う効果を、材料の特性について調査します。熱変化と機械的負荷の両方が存在する現実の応用環境における材料の性能を予測するには、これらの相互作用を理解することが不可欠です。熱機械分析装置は、これらの効果を調査する際に使用される有効なツールです。

TMA（熱機械分析）は、材料科学、エンジニアリング、研究、 品質管理において非常に有用なツールです。他の熱分析技術と比較して、いくつかの利点があります。TMAを使用する利点には以下のようなものがあります。

• 効率的な材料特性評価：TMAでは、複数の特性（膨張、ガラス転移など）を同時に測定できるため、時間とサンプル材料を節約できます。
  
• 小さなサンプルサイズ：TMAではごく少量の材料で測定できるため、貴重なサンプルや限られた量のサンプルに最適です。
• 正確性：TMAの垂直測定セットアップでは、曲がりやたるみによるエラーを最小限に抑え、正確なデータを提供します。
• 汎用性：TMAは、さまざまな材料の包括的な分析に使用できます。特に、ポリマー、複合材料、セラミック、金属の挙動を調査する際に役立ちます。

メトラー・トレドの TMA/SDTA 機器には、さらに多くの利点があります。この最先端の装置は、幅広い材料の分析に対応する広範な温度範囲（-150～1600℃）を誇ります。SDTA機能により、寸法変化と並行して熱効果を同時に測定でき、材料の全体像をより正確に把握できます。革新的なOne Click™機能により、サンプル測定が効率化され、ナノメータ分解能により、ごくわずかな寸法変化も検出できます。

熱機械分析（TMA）は、材料科学、エンジニアリング、製造など、さまざまな分野で数多くの用途があります。熱機械分析装置は、線膨張、熱膨張係数 (CTE)、軟化、ガラス転移温度を測定することにより、材料の特性評価に使用されます。 熱機械分析装置は、これらの測定を実行するために使用される装置です。

TMAは、材料の熱安定性の研究、品質管理テストの実施、新製品の開発、材料の故障の分析、および新材料の研究開発の実施に使用できます。TMAは、さまざまな条件下でサンプルを測定することにより、研究者やエンジニアが材料の機械的変化に関する洞察を得て、その性能を最適化し、特性が改善された新しい材料を開発することを可能にします。

この無料のオンデマンドTMAウェビナーで、TMA技術とその業界アプリケーションをご覧ください。

TMA（熱機械解析）とDMA（動的機械解析）は、材料の熱的および機械的特性を調べるために使用される熱分析手法です。ただし、方法と得られる情報の種類が異なります。

TMAは、小さな静的荷重による寸法変化に焦点を当てます。温度変化による材料の膨張または収縮に関するデータを取得します。線膨張係数、熱膨張係数（CTE）、ガラス転移温度、および軟化の調査に使用されます。

DMAは、周波数が可変の小さな振動（動的）荷重下における粘弾性挙動と機械的特性に焦点を当てています。剛性と減衰挙動に関する洞察を提供します。主に、ポリマー、エラストマー、複合材料の粘弾性特性の研究に使用されます。

まとめると、TMAは寸法変化を評価し、DMAは(粘)弾性的特性を評価します。両方の技術は補完的なものであり、材料の熱的および機械的特性を総合的に理解するために、併用されることがよくあります。

TGA（熱重量分析） とTMA（熱機械分析）は、どちらも材料の特性を研究するために使用される熱分析技術です。ただし、両者には大きな違いがあります。

TGAは、温度の関数としてサンプルの重量の変化を測定します。多くの場合、不活性から酸化条件へと測定雰囲気を変化させます。この技術は、特に材料の組成、熱安定性、分解の研究に役立ちます。また、サンプル中の揮発性成分の量を測定するためにも使用されます。

TMAは、温度または時間による材料の物理的寸法の変化を測定します。この技術は、線形膨張、熱膨張係数（CTE）、ガラス転移温度、軟化挙動など、材料の機械的特性に関する情報を提供します。

熱機械分析（TMA）は、温度の関数として材料の寸法変化を測定する技術です。 熱膨張、収縮、熱膨張係数（CTE）、減衰、粘弾性挙動、軟化、クリープ、溶媒膨潤、ガラス転移（Tg）を測定することで、材料の特性を明らかにするために使用されます。

これは、さまざまな用途向けの材料の開発や最適化に役立ちます。例えば、熱機械分析は、高温における電子部品の寸法安定性を評価するために使用することができます。また、ポリマーやポリマー製品の製造に最適な加工温度を特定する例もあります。複合材料の劣化挙動の研究も、TMA技術を使用して実施されています。

以下に、熱機械分析の使用例をいくつか示します。

• 熱膨張係数（CTE）の測定により、温度変化に対する材料の膨張または収縮の度合いを把握することができます。安全防護パイプの亀裂防止や、鉄道線路の湾曲防止など、限られたスペース内での熱膨張による影響を抑える目的に適した材料の評価に不可欠です。
• ガラス転移温度（Tg）を評価することで、ポリマーが硬い固体からゴム状に変化する温度を正確に特定することができます。この理解は、異なる温度範囲における特定の用途にポリマーが適しているかどうかを判断する上で極めて重要です。
• 金属の軟化点を特定することで、熱や圧力下で変形に耐える金属の能力を評価することができます。これは、溶接や熱間鍛造などの用途に金属を選択する際に役立ちます。
  
• ポリマーにおける応力緩和を分析することで、一定のひずみ下でポリマーの内部応力がどのように変化するかを測定することができます。これは、一定の負荷下におけるポリマー部品の長期的な性能を予測する上で非常に貴重な洞察を提供します。

ポリマーの熱機械分析（TMA）は、ポリマーの熱機械特性を分析する手法です。 ポリマーの寸法変化を測定することで、制御された温度変化に対するポリマーの反応を調べます。

通常、プローブによってサンプルに小さな力が加えられ、その反応がセンサーによって追跡されます。TMA分析では、ポリマーの熱膨張、ガラス転移温度（Tg）、熱安定性などの重要な特性を特定することができます。さらに、軟化温度やクリープと同様に、ポリマーの粘弾性挙動を調査するのにも使用できます。

TMAは、温度と応力の双方の条件下におけるポリマーや複合材料の挙動を把握する必要がある場合に、それらの特性を評価するのに役立つ手法です。これは、ポリマー製ギアがエンジン熱や負荷条件下でどのように機能するかを予測するなど、両方の要因が存在する用途では極めて重要です。

TMAの重要な用途についてさらに詳しく知りたい方は、無料のハンドブック「 ポリマーの熱分析 – 選択されたアプリケーション 」をダウンロードして、熱可塑性プラスチック、熱硬化性樹脂、エラストマーの特性評価に使用される技術などの重要なTMAアプリケーションについてご確認ください。

また、複合材料の分析に熱分析がどのように使用されているかをより深く理解するために、無料オンデマンドウェビナー「複合材料の熱分析」もあわせてご視聴ください。

TMAは、材料の熱的および機械的特性を分析するための優れた手法であり、高感度で測定することができます。ただし、考慮すべきいくつかの制限があります。

• サンプルサイズが小さい：サンプルサイズが小さい場合、TMAでは材料の複雑性を十分に捉えられない場合があります。特に、不規則なサンプルや不均一なサンプルの場合にその傾向が強くなります。
• 詳細が限定的：TMAでは寸法変化は明らかになりますが、その変化の根本的な分子レベルの理由は明らかになりません。そのため、より深く理解するためには、追加で補完的な手法の実施を検討する必要があります。
  
• 外部要因：振動、周囲温度、湿度は結果に影響を与える可能性があります。周囲条件の慎重な管理が不可欠です。

TMAは、適切に使用された場合、また他の技術と組み合わせた場合は、材料の特性と挙動に関する貴重な洞察を提供します。

メトラー・トレドのTMA/SDTA 2+ は、温度変化下における材料の挙動を総合的に理解できるように設計された堅牢な熱分析システムです。パンフレットをダウンロードして、TMA/SDTA 2+が研究者や技術者にとって必須のツールである、主な利点をご覧ください。

メトラー・トレドのTMA機器には、 STARe™ Excellenceソフトウェアを使用することができます。このソフトウェアは、当社の熱分析装置すべてと互換性があり、ほぼ制限のない評価を可能にします。モジュール設計により、必要な機能を選択できます。また、あらゆる材料の実験をカスタマイズできる柔軟な設計です。この多機能ソフトウェアを導入することで、日常的な作業を自動化できるだけでなく、規制への準拠も保証されます。

熱膨張係数（CTE）の公式は、材料の寸法変化を温度変化に関連付けるもので、以下の式で表されます。

CTE = (ΔL / L₀) / ΔT

• CTE は熱膨張係数
• ΔL は材料の長さの変化
• L₀ は材料の元の長さ
  
• ΔTは温度変化

熱膨張係数は通常、1℃あたりの百万分の1（ppm/℃）または1ケルビンあたりの百万分の1（ppm/K）の単位で表されます。これは、定義された温度変化にさらされた際に、材料がどれだけ膨張または収縮するかを測定します。