Slovníček
Teplota přechodu skla
Skelný přechod je jednou z nejdůležitějších vlastností amorfních a polokrystalických materiálů, např. anorganických skel, amorfních kovů, polymerů, léčiv a potravinářských složek atd., a popisuje teplotní oblast, kde se mechanické vlastnosti materiálů mění z tvrdých a křehkých na měkké, deformovatelné nebo gumovité.
Mnoho polymerů, např. termoplasty, termosety, kaučuky atd., se obvykle skládá jak z amorfní, tak z krystalické struktury. To znamená, že mnoho polymerů vykazuje jak teplotu skelného přechodu, Tg, tak teplotu tání. Teplota skelného přechodu (Tg) je nižší než teplota tání krystalického materiálu.
Máte nějaké otázky?
Vhodné produkty pro vaše měření
Teplota přechodu skla pro identifikaci materiálu
Stanovení teploty skelného přechodu je nástrojem pro identifikaci materiálu. Teplota skelného přechodu (Tg) také určuje oblast použití materiálu. Například pryžová pneumatika (automobilová) je měkká a tvárná, protože při běžných provozních teplotách je výrazně nad teplotou skelného přechodu. Pokud by její teplota skelného přechodu byla vyšší než provozní teplota, neměla by potřebnou pružnost pro přilnavost k vozovce.
Jiné polymery pracují pod svou teplotou skelného přechodu, např. tuhá plastová rukojeť. Pokud by teplota skelného přechodu plastové rukojeti byla nižší než její provozní teplota, byla by příliš pružná.
Stanovení teploty skelného přechodu pomocí různých termoanalytických metod
diferenční skenovací kalorimetrií (DSC)
(např. ASTM E1356)
Při měření DSC lze skelný přechod pozorovat pomocí skoku na základní linii měřicí křivky (obr. 1). Je charakterizován svým počátkem, středem, inflexí a koncovou teplotou. Výška kroku odpovídá ΔMěrná tepelná kapacita (cp)Tepelná kapacita je fyzikální veličina specifická pro daný materiál, která se určuje jako podíl množství tepla dodaného vzorku a výsledného zvýšení teploty. Měrná tepelná kapacita se vztahuje k jednotkové hmotnosti vzorku.cp a udává se v J/(g⋅K). Postup vyhodnocení je popsán např. v normě ASTM E1356-08. DSC lze použít pro pevné látky, prášky a kapaliny.
Co přesně je teplota přechodu skla
Teplota skelného přechodu (Tg) materiálu charakterizuje teplotní rozsah, ve kterém dochází ke skelnému přechodu. Je vždy nižší než teplota tání krystalického stavu materiálu (pokud existuje). V teplotním rozsahu skelného přechodu se polymery mění z tvrdého a tuhého stavu na pružnější a ohebnější. Tg se vyskytuje v teplotním rozmezí, v němž se výrazně zvyšuje pohyblivost polymerních řetězců.
Termoplasty jako polystyren (PS) a poly(methylmetakrylát) (PMMA) se obvykle používají pod teplotou skelného přechodu, tj. ve sklovitém stavu.
Elastomery jako polyisopren a butadienový kaučuk (BR) se používají nad teplotou Tg, kdy jsou měkké a poddajné.
Aplikace
Zkoumání vlivu vlhkosti na teplotu skelného přechodu sorbitolu
Sorbitol se používá jako náhražka cukru v mnoha sladkostech, dietních výrobcích a lécích. Podíl 10 % vody v sorbitolu způsobuje snížení teploty skelného přechodu přibližně o 24 K (střední teploty) oproti bezvodému sorbitolu. Oba vzorky zůstávají po rychlém ochlazení z roztaveného stavu (které proběhlo před zobrazeným krokem zahřívání) zcela amorfní.
Měření probíhala při rychlosti ohřevu 10 K/min v dusíkové atmosféře. Zapečetěné misky na vzorky vyrobené z hliníku byly uzavřeny propíchnutým víkem. Hmotnosti vzorků činily přibližně 12 mg ± 1 mg.
pomocí dynamické mechanické analýzy (DMA)
(např. ASTM 1640)
Technika DMA (např. ASTM E1640-09) je velmi citlivá technika pro stanovení teploty skelného přechodu (např. 1640-94). Poskytuje alternativní postup při stanovení skelného přechodu k použití diferenční skenovací kalorimetrie (DSC ) (ISO 11357-2). Při měření DMA lze Tg pozorovat v extrapolovaném počátku sigmoidální změny modulu skladovatelnosti E', vrcholu modulu ztrát E'' a vrcholu tanδ.
DMA lze použít pro nevyztužené a plněné polymery, pěny, pryže, lepidla a plasty/kompozity vyztužené vlákny. Na tvar výchozího materiálu lze podle potřeby použít různé režimy (např. ohyb, tlak, tah) dynamické mechanické analýzy.
Aplikace
Skelný přechod pryže
Dynamická mechanická analýza (DMA) zaznamenává viskoelastické vlastnosti materiálu v závislosti na teplotě (tuhost, E' a Viskozní modulKomplexní modul (viskózní složka), ztrátový modul nebo G'' je "imaginární" část vzorků celkového komplexního modulu. Tato viskózní složka udává kapalnou nebo nefázovou odezvu měřeného vzorku. ztrátový modul, E'', měřítko pro energii kmitání) a určuje hodnoty modulu pružnosti a tlumení (tanδ) působením kmitající síly na vzorek.
Teplota skelného přechodu, Tg, hydrogenovaného akrylonitrilbutadienového kaučuku (HNBR) byla stanovena v tahovém režimu pomocí dynamické mechanické analýzy, DMA. Měření se provádělo při rychlosti ohřevu 2 K/min, frekvenci 1 Hz a amplitudě ±20 µm v teplotním rozsahu od -90 °C do 40 °C. Extrapolovaný počátek stanovený v modulu skladovatelnosti E', vrchol v modulu ztrát E'' a vrchol v křivce tanδ odpovídají teplotě skelného přechodu, Tg, tohoto pryžového materiálu (při použití příslušných konvencí pro vyhodnocení).
pomocí dilatometrie (DIL)/termomechanické analýzy (TMA)
(např. ASTM E831)
V dilatometrech (DIL) a termomechanických analyzátorech (TMA, obojí popsáno v normě ASTM E 473 - 11a) odpovídá skelný přechod inflexi v rozměrové změně (např. ASTM E1545. Zaznamenává se jako extrapolovaný počátek lomu na experimentální křivce DIL/TMA a zobrazuje se jako funkce teploty. Aby byla tato definice reprodukovatelná, je třeba určit rychlost chlazení nebo ohřevu. Např. norma ASTM E1545 popisuje stanovení skelného přechodu pomocí TMA.
Aplikace
Stanovení skelného přechodu pomocí dilatometrie
Měření DIL na materiálu z přírodního kaučuku mezi -120 °C a 20 °C při rychlosti ohřevu 3 K/min v atmosféře helia. délka vzorku činila 2 mm. Extrapolovaná počáteční teplota -62 °C odpovídá skelnému přechodu (Tg). U amorfních materiálů, jako je pryž, se jedná o vratný přechod. Materiál přechází z tvrdého a relativně křehkého stavu do měkkého nebo gumovitého stavu.