مسرد المصطلحات
درجة حرارة الانتقال الزجاجي
يعد الانتقال الزجاجي أحد أهم خواص المواد غير المتبلورة وشبه البلورية، مثل الزجاج غير العضوي والمعادن غير المتبلورة والبوليمرات والمستحضرات الصيدلانية والمكونات الغذائية وغيرها، ويصف منطقة درجة الحرارة التي تتغير فيها الخواص الميكانيكية للمواد من الصلابة والهشاشة إلى أكثر ليونة وتشوهًا أو مطاطية.
عادةً ما تتكون العديد من البوليمرات، مثل اللدائن الحرارية واللدائن الحرارية والمواد المتصلدة بالحرارة والمطاط وما إلى ذلك، من هياكل غير متبلورة وبلورية. وهذا يعني أن العديد من البوليمرات تُظهر درجة حرارة الانتقال الزجاجي، Tg، ودرجة حرارة الانصهار. تكون درجة حرارة الانتقال الزجاجي (Tg) أقل من درجة حرارة انصهار المادة البلورية.
هل لديك أي أسئلة؟
المنتجات المناسبة لقياسك
درجة حرارة الانتقال الزجاجي لتحديد المواد
يعد تحديد درجة حرارة التحول الزجاجي أداة لتحديد المواد. وتحدد درجة حرارة الانتقال الزجاجي (Tg) أيضًا مجال تطبيق المادة. على سبيل المثال، يكون الإطار المطاطي (السيارة) ناعمًا وقابلًا للسحب لأنه في درجات حرارة التشغيل العادية يكون أعلى بكثير من درجة حرارة انتقاله الزجاجية. إذا كانت درجة حرارة انتقاله الزجاجي أعلى من درجة حرارة تشغيله، فلن يتمتع بالمرونة اللازمة للتماسك على الرصيف.
تعمل البوليمرات الأخرى تحت درجة حرارة تحولها الزجاجي، على سبيل المثال، مقبض بلاستيكي صلب. إذا كانت درجة حرارة الانتقال الزجاجي للمقبض البلاستيكي أقل من درجة حرارة تشغيله، فسيكون مرنًا للغاية.
تحديد درجة حرارة التحول الزجاجي عن طريق طرق التحليل الحراري المختلفة
بواسطة كالوريمتر المسح التفاضلي (DSC)
(على سبيل المثال، ASTM E1356)
في قياسات DSC، يمكن ملاحظة الانتقال الزجاجي من خلال خطوة في خط الأساس لمنحنى القياس (الشكل 1). ويتميز ببدايته ونقطة المنتصف ودرجة حرارة الانعطاف ودرجة حرارة النهاية. يقابل ارتفاع الخطوة Δcp ويعطى بوحدة J/(g⋅K). يتم وصف إجراء التقييم على سبيل المثال، ASTM E1356-08. يمكن استخدام DSC للمواد الصلبة والمساحيق والسوائل.
ما هي بالضبط درجة حرارة الانتقال الزجاجي
تميّز درجة حرارة الانتقال الزجاجي، Tg، لمادة ما نطاق درجة الحرارة التي يحدث فيها هذا الانتقال الزجاجي. وهي دائمًا ما تكون أقل من درجة حرارة انصهار الحالة البلورية للمادة (إن وجدت). في نطاق درجة حرارة الانتقال الزجاجي، تتغير البوليمرات من الحالة الصلبة والصلبة إلى حالة أكثر مرونة وليونة. يحدث التحول الزجاجي في نطاق درجة الحرارة الذي تزداد فيه حركة سلاسل البوليمر بشكل كبير.
وعادةً ما تستخدم اللدائن الحرارية مثل البوليسترين (PS) والبولي (ميثيل ميثاكريلات الميثيل) (PMMA) تحت درجة حرارة انتقالها الزجاجي، أي في حالتها الزجاجية.
تستخدم اللدائن مثل البولي إيزوبرين ومطاط البوتادين (BR) فوق درجة حرارة الانتقال الزجاجي، حيث تكون لينة ومرنة.
التطبيق
التحقيق في تأثير الرطوبة على درجة حرارة الانتقال الزجاجي للسوربيتول
يستخدم السوربيتول كبديل للسكر في العديد من الحلويات ومنتجات الحمية والأدوية. تُحدث نسبة 10% من الماء في السوربيتول انخفاضًا في درجة حرارة الانتقال الزجاجي بحوالي 24 كلفن (درجات حرارة متوسطة) بالنسبة إلى السوربيتول اللامائي. وتظل كلتا العينتين غير متبلورتين تمامًا بعد التبريد السريع من الحالة المنصهرة (التي حدثت قبل خطوة التسخين المعروضة).
أُجريت القياسات بمعدل تسخين 10 كلفن/دقيقة في جو من النيتروجين. تم إغلاق أحواض العينات المختومة المصنوعة من الألومنيوم بغطاء مثقوب. بلغت كتل العينة 12 مجم ± 1 مجم تقريبًا.
بواسطة التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA)
(على سبيل المثال، ASTM 1640)
تقنية DMA (على سبيل المثال، ASTM E1640-09) هي تقنية حساسة للغاية لتحديد درجة حرارة الانتقال الزجاجي (على سبيل المثال، 1640-94). وهي توفر إجراءً بديلاً في تحديد الانتقال الزجاجي لاستخدام مسعر المسح التفاضلي (DSC) (ISO 11357-2). في قياسات DMA، يمكن ملاحظة Tg في البداية الاستقرائية للتغير السيني في معامل التخزين E'، وقمة معامل الفقد E'' وقمة tanδ.
يمكن استخدام DMA في البوليمرات غير المقواة والمملوءة والرغاوي والمطاط والمواد اللاصقة والبلاستيك/المركبات المقواة بالألياف. يمكن تطبيق أنماط مختلفة (مثل الانثناء والضغط والتوتر) للتحليل الميكانيكي الديناميكي، حسب الاقتضاء، على شكل المادة المصدر.
التطبيق
الانتقال الزجاجي للمطاط
يسجّل التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) خواص اللزوجة المرنة المعتمدة على درجة حرارة المادة (الصلابة E' ومعامل الفقد E''، وهو مقياس لطاقة التذبذب)، ويحدد معامل المرونة وقيم التخميد (tanδ) من خلال تطبيق قوة متذبذبة على العينة.
تم تحديد درجة حرارة الانتقال الزجاجي، Tg، لمطاط الأكريلونيتريل بوتادين المهدرج (HNBR) في وضع الشد عن طريق التحليل الميكانيكي الديناميكي، DMA. تم إجراء القياس بمعدل تسخين 2 كلفن/دقيقة وتردد 1 هرتز وسعة ± 20 ميكرومتر في نطاق درجة حرارة يتراوح بين -90 درجة مئوية و40 درجة مئوية. تتوافق البداية المستنبطة المحددة في معامل التخزين E'، والذروة في معامل الفقد E'' والذروة في منحنى tanδ مع درجة حرارة الانتقال الزجاجي، Tg، لهذه المادة المطاطية (من خلال تطبيق اصطلاحات التقييم ذات الصلة).
عن طريق قياس الديلاتومترية (DIL)/ التحليل الميكانيكي الحراري (TMA)
(على سبيل المثال، ASTM E831)
في مقياس التمدد (DIL) وأجهزة التحليل الميكانيكي الحراري (TMA، وكلاهما موصوف في ASTM E 473 - 11a)، يتوافق الانتقال الزجاجي مع الانعطاف في التغير في الأبعاد (على سبيل المثال، ASTM E1545. يتم تسجيله كبداية استقرائية للانعطاف في منحنى DIL/TMA التجريبي ويتم عرضه كدالة لدرجة الحرارة. لجعل هذا التعريف قابلاً للتكرار، يجب تحديد معدل التبريد أو التسخين. على سبيل المثال، تصف ASTM E1545 تحديد الانتقال الزجاجي عن طريق TMA.
التطبيق
تحديد الانتقال الزجاجي عن طريق قياس التمدد
قياس DIL على مادة مطاطية طبيعية بين -120 درجة مئوية و20 درجة مئوية بمعدل تسخين 3 كلفن/دقيقة في جو الهيليوم. تتوافق درجة حرارة البداية المستنبطة البالغة -62 درجة مئوية مع الانتقال الزجاجي (Tg). في المواد غير المتبلورة مثل المطاط، يكون هذا الانتقال قابلاً للانعكاس. تتغير المادة من حالة صلبة وهشة نسبيًا إلى حالة لينة أو مطاطية.