Ami a fizikai tulajdonságok, a üvegesedési hőmérséklet ( T v , angol: T g az üveg ) egy anyagot gyakran le, mint ami a hőmérséklet-intervallum, amelyen keresztül az anyagot változások egy gumiszerű állapotból egy gumiszerű állapotba. Üvegszerű, szilárd (merev).
Az üvegesedési hőmérséklet továbbra is az anyagtudomány egyik fő rejtélye . Ez egy nehezen meghatározható paraméter. Egyetlen elmélet sem (ideértve a szabad térfogaton, a termodinamikán, a kinetikán vagy újabban a komplex statisztikákon, az energia tájmodellen alapuló elméletet) nem képes teljes mértékben megmagyarázni azt a makroszkopikus jelenséget, amely a T v közelében fordul elő . Az üvegesedési hőmérséklet számos tényezőtől függ, beleértve a molekulaszerkezetet is; pontos mérése nem könnyű.
„Az üvegátmenetben résztvevő fizikai jelenségek továbbra is az anyagtudomány és a sűrített anyagfizika egyik legérdekesebb rejtélye maradnak . "
- Salvatore Torquato
Ez jellemzi az amorf fázisban a polimer vagy egy üveg . Polimer esetében ez az amorf doménekben elhelyezkedő makromolekuláris láncok szegmenseinek mozgásával kapcsolatos jelenség.
Ezen hőmérséklet alatt a molekulák alacsony relatív mobilitást mutatnak. Az üvegesedési hőmérséklet tehát az anyag mechanikai tulajdonságainak változásának felel meg. Keresztbe lépve az anyag nagyobb deformálódási képességet kap.
A polimer T g- je hasznos mutató a rugalmassághoz, és ezáltal egy tartományon belül megkönnyítheti az adott alkalmazáshoz legmegfelelőbb minőségű kiválasztását . Például, a latexek tartozó ugyanazon csoport elasztomerek , a fokozat, amelynek a legalacsonyabb T v rendelkezhetnek nagyobb rugalmasságot adott hőmérsékleten, és továbbra is a rugalmas alacsonyabb hőmérsékleten.
Ásványi (vagy szervetlen) poharakhoz, például szilícium-dioxid-üveghez (SiO 2)), Ez határozza meg, mint a közepén, a hőmérséklet-tartomány, amelyben fokozatosan egyre viszkózus és a változás a folyadék a szilárd .
A polimer hőre lágyuló (nem térhálósított ) amorfot üvegesedési hőmérséklete jellemzi. Olvadáspontjuk nincs : bizonyos hőmérsékleten túl megpuhulnak ( T r a lágyulási hőmérséklet ).
A félkristályos hőre lágyuló polimerek morfológiája összetettebb, amorf fázisok egymás mellett léteznek, és változó arányban kristályosak . Ezek olvadáspontja a kristályos zónák , T f ( T m angol, az olvadék ). Ezen túl szerkezetük amorf lesz. Az ilyen műanyagok hőmérséklete gyakran T v (amely mindig alacsonyabb, mint T f ). Az üvegesedés azonban kevésbé látható, mint az amorf anyagoké.
Az alábbiakban T v , a üvegszerű fennsíkon anyag merev, nem túl képlékeny , és gyakran rideg . Megrepedhetnek vagy összetörhetnek.
Az alacsony molekulatömegű tiszta anyagoknak, például a víznek csak szilárd állapotú átmeneti hőmérséklete van: ez alatt kristályos szilárd anyagok (vagy amorf jégek, ha a T v alatti hűtés meglehetősen gyors), ezek felett pedig folyadékok vannak.
Fent T v, a „gyenge kötések” a láncok között a polimerek törékennyé válnak az intézkedés alapján termikus izgatottság , a polimer válik rugalmasak és képesek a deformálódó elasztikusan vagy plasztikusan nélkül törés . Ez a tulajdonság részben igazolja a legtöbb műanyag hasznosságát.
Ilyen viselkedés nem áll fenn a hőre keményedő műanyagoknál (térhálósodás után). Merevségük miatt inkább stressz hatására törnek össze, mintsem deformálódjanak. Lehetséges hevítéssel már nem olvaszthatók meg.
A T v ismerete a gyakorlatban nagy érdeklődésre tart számot, mert ez feltételezi az anyagok alakítását . Valójában ezen hőmérséklet alatt az anyagok kemények . Az elasztomereket, például a sztirol-butadiént , a T v-érték felett , míg az amorf hőre lágyuló polimereket, például a polisztirolt , az alábbiakban alkalmazzuk. Semi-kristályos polimerek, mint például izotaktikus polipropilénből , használunk közötti hőmérsékleten a T v azok amorf fázis és a T f azok kristályos fázis.
A T g polimer lehet csökkenteni hozzáadásával lágyítók .
Valójában ez függ:
Számos fizikai tulajdonságai ( sűrűség , a tágulási együtthatója , fajhője , elasztikus konstansokat, mint például a Young modulus , viszkozitás , hővezető , törésmutató , stb ) jelentősen változhat a közelben a T v , és fel lehet használni a mérési .
Az anyag üvegesedési hőmérséklete differenciális hőelemzéssel vagy DSC ( Differential Scanning Calorimetry ) módszerrel mérhető , amely az erre a célra leggyakrabban alkalmazott statikus technika.
A pontos dinamikus mechanikai elemzést (DM (T) A) is alkalmazzuk. Meg tudja oldani a gyenge másodlagos átmeneteket ( β és γ átmenetek ). Sok olyan polimer, mutatnak ezek a sub-vitreous átmenetek (figyelhető meg T < T V ), amelyek általában miatt mozgása oldalcsoportok vagy bizonyos lánc szegmensek.
Az alábbi táblázat néhány polimer üvegesedési hőmérsékletét mutatja. Ezek nagyságrendek , mivel a T v egy rosszul meghatározott mennyiség, különösen azért, mert függ a fűtés / hűtés és a deformáció sebességétől, tehát a mérési módszertől.
Egy félkristályos polimer , például polietilén esetében, amelynek kristályosságának mértéke szobahőmérsékleten 60-80%, a jelzett üvegesedési hőmérséklet megegyezik az anyag amorf részének hőmérsékletével, amikor a hőmérséklet csökken.
Polimer |
T v (° C) (átlagérték) |
---|---|
Polidimetil-sziloxán (PDMS) | -120 |
1,4-cisz-polibutadién (BR) | -112 |
Polietilén (PE) | -110 (γ átmenet) |
Természetes kaucsuk (NR) | -73 |
Poliizobutilén (PIB) | -68 |
Sztirol-butadién (SBR) | -55 |
Neoprén (polikloroprén, CR) | -50 |
1,4-transz-polibutadién (BR) | -20 |
1,2-polibutadién (BR) | -12 |
Izotaktikus polipropilén (PPi) | -10-től 0-ig |
Poli (vinil-acetát) (PVA vagy PVAc) | 32 |
Poliamid 11 | 46 |
Poliamid 6.10 | 50 |
Polimetil-pentén (PMP) | 50 |
Poliamid 6 | 52 |
Poliamid 12 | 55 |
Poliamid 6.6 | 57 |
Természetes viasz | 60 |
Poli (etilén-tereftalát) (PET) | 69 |
Poliamid 4.6 | 80 |
Poli (vinil-klorid) (PVC) | 80 |
Poli (vinil-alkohol) (PVAl) | 85 |
Polisztirol (PS) | 100 |
Poliakrilnitril (PAN) | 105 |
Poli (metil-metakrilát) (PMMA) ataktikus | 108. |
Polikarbonát (PC) | 150 |