Thermo Mechanical Analyzer(TMA)는 재료특성 분야에서 기계적 물성을 측정하기 위하여 일반적으로 사용되는 분석기법 중의 하나이다. TMA를 이용하여 온도 함수에 따른 샘플의 길이 변화를 측정할 수 있다. 또한 TMA 측정을 통하여 우리는 고분자 물질의 자유부피 변화를 확인할 수 있는데 이런 자유부피의 변화는 열의 흡수 또는 열의 발생 작용에 의하여 발생되며, 이를 통하여 강도의 감소, 흐름성의 증가 현상이 발생한다. 이러한 현상은 샘플의 점탄성, 노화, 용매의 침투, 또는 충격특성 등을 예로 들 수 있다.

이러한 현상 중 유리전이온도와 열팽창계수의 측정은 TMA에서 일반적으로 많이 측정하는 실험 값 중의 하나이다. TMA 4000 모델은 유리전이온도 및 열팽창 계수 측정 시에 아래와 같은 장점이 있다.

1. Intra cooler를 이용한 안정적인 극저온측정가능 (-80~850℃)
2. Vertical type의 편리하고 안정된 샘플로딩
3. Archimedean Float를 이용한 나노 단위(0.07nm)의 길이 분해능
4. 다양한 액세서리를 이용한 TMA 실험 가능
- Expansion mode
- Extension mode
- Penetration mode
- Flexure mode
- Compression mode
- Dilatometer mode
5.손쉽고 간단하게 사용 가능한 분석 소프트웨어

고분자의 유리전이온도(Tg)는 자유부피가 점점 커지는 팽창곡선의 포인트와 관련이 있다. 아래의 그림과 같이 열팽창곡선이 휘어지거나 굴절되는 현상이 나타난다면 TMA 분석에서는 그때 발생하는 변곡점의 온도를 유리전이온도로 일컫는다.

DSC를 이용한 유리전이온도(Tg) 분석과 비교할 때, TMA 분석의 장점은 거시적으로 나타나는 샘플의 부피팽창을 이용하여 유리전이온도를 분석할 수 있기 때문에 DSC분석에서 측정이 불가능한 미세열량의 유리전이온도도 측정이 가능하다는 것이다. 위의 그림에서 보는 것과 같이 TMA에서 유리전이 온도의 분석은 두개의 직선에 대한 교차점으로 표현된다. 유리전이온도보다 높은 온도부터 분자 자유도는 액상의 상태로 변하는 것을 의미하며 유리전이온도보다 낮은 온도는 분자자유도가 무정형의 고상과 비슷한 상태라는 것을 의미한다.

TMA분석은 유리전이온도를 측정함으로써 열팽창률을 계산한다. 하지만 대부분의 최종 제품들은 각기 다른 성분들로 구성 되어져 있기 때문에 유리전이온도 값만으로는 최종 제품의 분석이 어려울 수가 있다. 또한 유리전이온도는 샘플에 따라 각기 다른 모드로 측정이 되어지고 그에 따라 값들도 조금씩은 달라지기 때문에 각 샘플의 열팽창에 대한 분석은 어려울 수 있다.

열팽창계수(Coefficient of Thermal Expansion)는 아래 그림에서 보듯이, TMA 곡선 중에 직선인 부분에서 측정이 이루어지기 때문에 최종 제품 내에 첨가된 다른 성분들에 대한 열팽창 특성을 비교할 수가 있다.

예를 들어, 여러성분들로 이루어진 샘플이거나 비등방성 샘플인 경우에 측정하는 방향에 따라서 열팽창값은 다르게 나타날 수 있다. 그라파이트 섬유와 에폭시수지의 경우 x,y,z의 3개축에 따른 열팽창 계수 값이 확연히 다르게 나타나는 것이 이러한 예 중의 하나이다. 또한 액정고분자나 폴리에스터의 블랜드의 경우도 결정성의 위치에 따라 확연히 다른 열팽창값이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 비슷한 예로 배향섬유와 필름도 비등방성 샘플로써 방향에 따라 각기 다른 CTE값이 나타나는 것을 확인할 수 있다.