Θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης

Θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης για την ταυτοποίηση υλικών

Ο προσδιορισμός της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης είναι ένα εργαλείο για την ταυτοποίηση του υλικού. Η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης (_Tg) καθορίζει επίσης το πεδίο εφαρμογής ενός υλικού. Για παράδειγμα, ένα ελαστικό από καουτσούκ (αυτοκίνητο) είναι μαλακό και όλκιμο επειδή σε κανονικές θερμοκρασίες λειτουργίας βρίσκεται πολύ πάνω από τη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης. Εάν η θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης ήταν υψηλότερη από τη θερμοκρασία λειτουργίας του, δεν θα είχε την ευκαμψία που απαιτείται για την πρόσφυση στο οδόστρωμα.

Άλλα πολυμερή λειτουργούν κάτω από τη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης, π.χ. μια άκαμπτη πλαστική λαβή. Εάν η πλαστική λαβή είχε θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης κάτω από τη θερμοκρασία λειτουργίας της, θα ήταν πολύ εύκαμπτη.

Προσδιορισμός της θερμοκρασίας υαλώδους μετάβασης με διάφορες θερμοαναλυτικές μεθόδους

με θερμιδομετρία διαφορικής σάρωσης (DSC)
(π.χ. ASTM E1356)

Στις μετρήσεις DSC, η υαλώδης μετάβαση μπορεί να παρατηρηθεί από ένα βήμα στη βασική γραμμή της καμπύλης μέτρησης (Σχήμα 1). Χαρακτηρίζεται από τη θερμοκρασία έναρξης, το μέσο, την καμπή και το τέλος. Το ύψος του βήματος αντιστοιχεί στο _{ΔΕιδική θερμοχωρητικότητα (cp)Η θερμοχωρητικότητα είναι ένα φυσικό μέγεθος ειδικό για κάθε υλικό, το οποίο καθορίζεται από την ποσότητα θερμότητας που παρέχεται στο δείγμα, διαιρούμενη με την προκύπτουσα αύξηση της θερμοκρασίας. Η ειδική θερμοχωρητικότητα σχετίζεται με τη μονάδα μάζας του δείγματος.cp} και δίνεται σε J/(g⋅K). Η διαδικασία αξιολόγησης περιγράφεται π.χ. στο ASTM E1356-08. Η DSC μπορεί να χρησιμοποιηθεί για στερεά, σκόνες και υγρά.

Τι ακριβώς είναι η Θερμοκρασία Υαλώδους Μετάβασης

Η θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης, _Tg, ενός υλικού χαρακτηρίζει το εύρος θερμοκρασιών στο οποίο λαμβάνει χώρα αυτή η υαλώδης μετάβαση. Είναι πάντα χαμηλότερη από τη θερμοκρασία τήξης της κρυσταλλικής κατάστασης του υλικού (εάν υπάρχει). Στην περιοχή θερμοκρασιών της υαλώδους μετάβασης, τα πολυμερή μεταπίπτουν από μια σκληρή και άκαμπτη κατάσταση σε μια πιο εύκαμπτη και ελαστική κατάσταση. Η _Tg εμφανίζεται σε ένα εύρος θερμοκρασιών στο οποίο η κινητικότητα των πολυμερικών αλυσίδων αυξάνεται σημαντικά.

Θερμοπλαστικά όπως το πολυστυρένιο (PS) και το πολυ(μεθακρυλικό μεθύλιο) (PMMA) χρησιμοποιούνται συνήθως κάτω από τη θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης, δηλαδή στην υαλώδη κατάστασή τους.
Ελαστομερή όπως το πολυισοπρένιο και το καουτσούκ βουταδιενίου (BR) χρησιμοποιούνται πάνω από την _Tg τους, όπου είναι μαλακά και εύκαμπτα.

με δυναμική μηχανική ανάλυση (DMA)
(π.χ. ASTM 1640)

Η τεχνική DMA (π.χ. ASTM E1640-09) είναι μια πολύ ευαίσθητη τεχνική για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας υαλώδους μετάπτωσης (π.χ. 1640-94). Παρέχει μια εναλλακτική διαδικασία για τον προσδιορισμό της υαλώδους μετάπτωσης σε σχέση με τη χρήση της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC ) (ISO 11357-2). Στις μετρήσεις DMA, η Tg μπορεί να παρατηρηθεί στην προεκτεταμένη έναρξη της σιγμοειδούς μεταβολής του μέτρου αποθήκευσης E', στην κορυφή του μέτρου απώλειας E'' και στην κορυφή του tanδ.

Η DMA μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μη ενισχυμένα και γεμισμένα πολυμερή, αφρούς, ελαστικά, κόλλες και πλαστικά/σύνθετα υλικά ενισχυμένα με ίνες. Διαφορετικοί τρόποι (π.χ. κάμψη, συμπίεση, εφελκυσμός) δυναμικής μηχανικής ανάλυσης μπορούν να εφαρμοστούν, ανάλογα με τη μορφή του αρχικού υλικού.

με διαστασιομέτρηση (DIL)/θερμομηχανική ανάλυση (TMA)
(π.χ. ASTM E831)

Στα διαστομόμετρα (DIL) και στους θερμομηχανικούς αναλυτές (TMA, και τα δύο περιγράφονται στο ASTM E 473 - 11a), η υαλώδης μετάβαση αντιστοιχεί στην καμπή της διαστατικής μεταβολής (π.χ. ASTM E1545. Καταγράφεται ως η προεκτεταμένη έναρξη της κάμψης στην πειραματική καμπύλη DIL/ΤΜΑ και εμφανίζεται ως συνάρτηση της θερμοκρασίας. Για να καταστεί αυτός ο ορισμός αναπαραγώγιμος, θα πρέπει να καθοριστεί ο ρυθμός ψύξης ή θέρμανσης. Π.χ., το ASTM E1545 περιγράφει τον προσδιορισμό της υαλώδους μετάβασης μέσω ΤΜΑ.