Ordliste
Glasovergangstemperatur
Glasovergangen er en af de vigtigste egenskaber ved amorfe og semikrystallinske materialer, f.eks. uorganiske glas, amorfe metaller, polymerer, lægemidler og fødevareingredienser osv. og beskriver det temperaturområde, hvor materialernes mekaniske egenskaber ændres fra hårde og sprøde til mere bløde, deformerbare eller gummiagtige.
Mange polymerer, f.eks. termoplast, hærdeplast, gummi osv. er normalt sammensat af både amorfe og krystallinske strukturer. Det betyder, at mange polymerer har både en glasovergangstemperatur, Tg, og en Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltetemperatur. Glasovergangstemperaturen (Tg) er lavere end smeltetemperaturen for et krystallinsk materiale.
Har du nogen spørgsmål?
Egnede produkter til din måling
Glasovergangstemperatur til materialeidentifikation
Bestemmelse af glasovergangstemperaturen er et værktøj til materialeidentifikation. Glasovergangstemperaturen (Tg) bestemmer også et materiales anvendelsesområde. For eksempel er et gummidæk (bil) blødt og duktilt, fordi det ved normale driftstemperaturer ligger langt over sin glasovergangstemperatur. Hvis glasovergangstemperaturen var højere end driftstemperaturen, ville det ikke have den nødvendige fleksibilitet til at gribe fat i fortovet.
Andre polymerer arbejder under deres glasovergangstemperatur, f.eks. et stift plastikhåndtag. Hvis plasthåndtaget havde en glasovergangstemperatur under driftstemperaturen, ville det være for fleksibelt.
Bestemmelse af glasovergangstemperaturen ved hjælp af forskellige termoanalytiske metoder
ved differentialscanningskalorimetri (DSC)
(f.eks. ASTM E1356)
I DSC-målinger kan glasovergangen observeres som et trin i målekurvens grundlinje (fig. 1). Den er karakteriseret ved sin begyndelses-, midtpunkts-, bøjnings- og sluttemperatur. Trinhøjden svarer til ΔSpecifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp og er angivet i J/(g⋅K). Evalueringsproceduren er beskrevet i f.eks. ASTM E1356-08. DSC kan bruges til faste stoffer, pulvere og væsker.
Hvad er egentlig glasovergangstemperatur?
Glasovergangstemperaturen, Tg, for et materiale karakteriserer det temperaturområde, hvor denne glasovergang finder sted. Den er altid lavere end smeltetemperaturen for materialets krystallinske tilstand (hvis en sådan findes). I temperaturområdet for glasovergangen skifter polymerer fra en hård og stiv tilstand til en mere fleksibel og smidig tilstand. Tg forekommer i et temperaturområde, hvor polymerkædernes mobilitet øges markant.
Termoplast som polystyren (PS) og poly(methylmethacrylat) (PMMA) bruges normalt under deres glasovergangstemperatur, dvs. i deres glasagtige tilstand.
Elastomerer som polyisopren og butadiengummi (BR) bruges over deres Tg, hvor de er bløde og smidige.
Anvendelse
Undersøgelse af fugtindflydelse på sorbitols glasovergangstemperatur
Sorbitol bruges som sukkererstatning i mange former for slik, slankeprodukter og medicin. En andel på 10 % vand i sorbitol medfører et fald i glasovergangstemperaturen på ca. 24 K (middeltemperaturer) i forhold til vandfri sorbitol. Begge prøver forbliver helt amorfe efter den hurtige afkøling fra den smeltede tilstand (som fandt sted før det viste opvarmningstrin).
Målingerne blev udført med en opvarmningshastighed på 10 K/min i nitrogenatmosfære. De forseglede prøvebeholdere af aluminium blev lukket med et gennembrudt låg. Prøvemasserne udgjorde ca. 12 mg ± 1 mg.
ved dynamisk mekanisk analyse (DMA)
(f.eks. ASTM 1640)
DMA-teknikken (f.eks. ASTM E1640-09) er en meget følsom teknik til bestemmelse af glasovergangstemperaturen (f.eks. 1640-94). Den giver en alternativ procedure til bestemmelse af glasovergangen i forhold til brugen af differentiel scanningskalorimetri (DSC) (ISO 11357-2). I DMA-målinger kan Tg observeres i den ekstrapolerede begyndelse af den sigmoidale ændring i lagringsmodulet E', toppen af tabsmodulet E'' og toppen af tanδ.
DMA kan bruges til uforstærkede og fyldte polymerer, skum, gummi, klæbemidler og fiberforstærkede plastmaterialer/kompositter. Forskellige tilstande (f.eks. bøjning, kompression, spænding) af dynamisk mekanisk analyse kan anvendes, alt efter kildematerialets form.
Anvendelse
Glasovergangen for en gummi
Dynamisk mekanisk analyse (DMA) registrerer et materiales temperaturafhængige viskoelastiske egenskaber (stivhed, E' og ViskositetsmodulDet komplekse modul (viskøse komponent), tabsmodul eller G'', er den "imaginære" del af prøvens samlede komplekse modul. Denne viskøse komponent angiver den væskelignende eller ude af fase reaktion i den prøve, der måles. tabsmodul, E'', mål for svingningsenergien) og bestemmer dets elasticitetsmodul og dæmpningsværdier (tanδ) ved at påføre prøven en svingende kraft.
Glasovergangstemperaturen, Tg, for en hydrogeneret akrylonitril-butadien-gummi (HNBR) blev bestemt i spændingstilstand ved hjælp af dynamisk mekanisk analyse, DMA. Målingen blev udført med en opvarmningshastighed på 2 K/min, en frekvens på 1 Hz og en amplitude på ±20 µm i temperaturområdet mellem -90 °C og 40 °C. Den ekstrapolerede begyndelse, der blev bestemt i lagringsmodulet E', toppen i tabsmodulet E'' og toppen i tanδ-kurven svarer alle til glasovergangstemperaturen, Tg, for dette gummimateriale (ved anvendelse af de respektive evalueringskonventioner).
ved hjælp af dilatometri (DIL)/termomekanisk analyse (TMA)
(f.eks. ASTM E831)
I dilatometer (DIL) og termomekaniske analysatorer (TMA, begge beskrevet i ASTM E 473 - 11a) svarer glasovergangen til bøjningen i den dimensionelle ændring (f.eks. ASTM E1545. Den registreres som den ekstrapolerede begyndelse af knæk i den eksperimentelle DIL/TMA-kurve og vises som en funktion af temperaturen. For at gøre denne definition reproducerbar skal man angive afkølings- eller opvarmningshastigheden. F.eks. beskriver ASTM E1545 bestemmelsen af glasovergangen ved hjælp af TMA.
Anvendelse
Bestemmelse af glasovergangen ved hjælp af dilatometri
DIL-måling på et naturgummimateriale mellem -120 °C og 20 °C ved en opvarmningshastighed på 3 K/min i heliumatmosfære. prøvelængden var 2 mm. Den ekstrapolerede begyndelsestemperatur på -62 °C svarer til glasovergangen (Tg). I amorfe materialer som gummi er det en reversibel overgang. Materialet skifter fra en hård og relativt skør tilstand til en blød eller gummiagtig tilstand.