Thermische Analyse

Was ist eine thermische Analyse?

Die thermische Analyse ist ein Oberbegriff für bestimmte Untersuchungsmethoden zur Materialcharakterisierung. Dabei werden chemische und physikalische Eigenschaften von Werkstoffen in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelt (vgl. DIN 51005). Dazu gehören beispielsweise Gewichtsverluste, Dimensionsänderungen, Wärmeströme oder mechanische Eigenschaften. Mögliche Messgrößen sind etwa Kristallisierung, Schmelzen, Glasübergang, Oxidation, Vernetzung, Verdampfen, Zersetzung sowie der Koeffizient der thermischen Ausdehnung. Anhand einer thermischen Analyse erhält man vielfältige Informationen, etwa über die Zusammensetzung eines Substanzgemisches, seine Stabilität, Verarbeitung, Molekularstruktur sowie über die chemische Mobilität. Thermische Analysen können im Rahmen einer Schadensanalyse ebenfalls Aufschluss über den relevanten Mechanismus bzw. die Ursache des Schadens geben.

Ein Teilbereich der Untersuchungsmethoden der thermischen Analyse ist die dynamische thermische Analyse. Dabei wird ein Stoff abwechselnd erhitzt und wieder heruntergekühlt. Die Temperatur des Stoffes wird dabei laufend dokumentiert. Mögliche Verfahren für dynamische thermische Analysen sind die Thermogravimetrie (TG), die dynamische Differenzkalorimetrie (DSC), die Differenzthermoanalyse (DTA) und die Emissionsgasthermoanalyse (EGA).

Mithilfe der DTA beispielsweise lassen sich energetische Vorgänge in Produkten und Werkstoffen bestimmen. Hierbei erfolgt ein Vergleich der Temperaturen der Probe und der Referenzsubstanz, um Phasenübergänge zu dokumentieren. Das lässt Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Probe zu. Die Ergebnisse der Messungen werden in Temperatur-Zeit-Diagrammen festgehalten und im Anschluss werden Aufheiz- bzw. Abkühlkurven erstellt.

Im Gegensatz zur dynamischen thermischen Analyse wird bei der statischen thermischen Analyse als zweiter Teilbereich der thermischen Analyse der zu untersuchende Prüfling

über einen längeren Zeitraum auf einer konstanten Temperatur gehalten. Innerhalb dieser Zeit lässt sich der Glüh- bzw. Wasserverlust messen. Auf diese Weise bestimmt man die Veränderungen des Schmelz- und Siedepunktes und hält fest, wann sich Stoffe von fest über flüssig bis gasförmig verändern.

Durch statische thermische Analysen sind zudem Untersuchungen möglich, um energetische, mechanische und Vorgänge der Massenänderung eines Elements oder Werkstoffs festzustellen. Anhand davon können Aussagen zu Volumenänderungen und Änderungen der optischen Eigenschaften eines Werkstoffs getroffen werden.

Welche Produkte benötigen eine thermische Analyse?

Eine thermische Analyse wird für Stoffe benötigt, für die man Informationen über die Phasenübergänge von fest nach flüssig sowie über mögliche Temperaturänderungen im festen Zustand benötigt. Das ist vor allem bei Metallen, Legierungen und Kunststoffen von Interesse. Das können etwa Produkte aus allen technischen Bereichen oder der Chemieindustrie sein:

• Kunststoffe, z.B. gem. DIN EN ISO 11357-1: Dynamische Differenz-Thermoanalyse (DSC) oder ASTM D 3418: Standard-Prüfverfahren für Übergangstemperatur und Schmelz- und Kristallisationsenthalpien von Polymeren mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC)
• Klebstoffe und Verbundstoffe, z.B. gem. ISO 11409: Kunststoffe – Phenolharze – Bestimmung von Wärme und Reaktionstemperaturen durch Differential-Scanning-Kalorimetrie oder gemäß ASTM D 5028: Prüfverfahren für die Aushärtungseigenschaften von Ziehstrangpressharzen mittels Thermoanalyse
• Elektrische Kabel, z.B. gemäß ASTM D 4565: Standard-Prüfverfahren für physikalische und umwelttechnische Leistungseigenschaften von Isolierungen und Ummantelungen für Telekommunikationsdrähte und -kabel
• Anorganische und organische Chemikalien, z.B. gem. ASTM E 474: Differenz-Thermoanalyse, Verfahren zur Auswertung einer Temperaturskala

Wo kann ich thermische Analysen durchführen lassen?

Thermische Analysen nach nationalen und internationalen Normen und Standards wie DIN, EN, ISO, ASTM, NACE können Sie mit testxchange durchführen lassen. Mit testxchange und unseren Partnerlaboren können Sie die passende thermische Analyse für Ihre Produkte finden. Wir von testxchange und unsere Vielzahl von Partnerlaboren haben sich unter anderem auf die Ausführung verschiedenster thermischer Analysen spezialisiert.

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