Fogalomtár
Üvegesedési hőmérséklet
Az üvegesedési átmenet az amorf és félkristályos anyagok, pl. szervetlen üvegek, amorf fémek, polimerek, gyógyszerek és élelmiszer-összetevők stb. egyik legfontosabb tulajdonsága, és azt a hőmérsékleti tartományt írja le, ahol az anyagok mechanikai tulajdonságai kemény és ridegből lágyabbá, deformálhatóbbá vagy gumiszerűvé válnak.
Számos polimer, pl. hőre lágyuló műanyagok, hőre keményedő műanyagok, kaucsukok stb. általában amorf és kristályos szerkezetű anyagokból állnak. Ez azt jelenti, hogy sok polimer rendelkezik üvegesedési átmeneti hőmérséklettel (Tg) és olvadási hőmérséklettel is. Az üvegesedési hőmérséklet (Tg) alacsonyabb, mint a kristályos anyag olvadási hőmérséklete.
Kérdése van?
Megfelelő termékek az Ön méréséhez
Üvegátmeneti hőmérséklet az anyag azonosításához
Az üvegesedési hőmérséklet meghatározása az anyag azonosításának eszköze. Az üvegesedési hőmérséklet (Tg) meghatározza az anyag alkalmazási területét is. Például egy gumiabroncs (autógumi) azért puha és képlékeny, mert normál üzemi hőmérsékleten jóval az üvegesedési átmeneti hőmérséklete felett van. Ha az üvegesedési hőmérséklete magasabb lenne, mint az üzemi hőmérséklete, nem rendelkezne az útburkolat tapadásához szükséges rugalmassággal.
Más polimerek üvegesedési átmeneti hőmérsékletük alatt működnek, pl. egy merev műanyag fogantyú. Ha a műanyag fogantyú üvegesedési hőmérséklete az üzemi hőmérséklete alatt lenne, akkor túl rugalmas lenne.
Az üvegesedési hőmérséklet meghatározása különböző termoanalitikai módszerekkel
differenciál pásztázó kalorimetriával (DSC)
(pl. ASTM E1356)
A DSC-mérések során az üvegesedést a mérési görbe alapvonalának lépcsőzésével lehet megfigyelni (1. ábra). Ezt a kezdeti, a középső, az inflexiós és a végponti hőmérséklettel jellemezzük. A lépésmagasság megfelel ΔFajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp-nek, és J/(g⋅K) mértékegységben van megadva. Az értékelési eljárást pl. az ASTM E1356-08 írja le. A DSC szilárd anyagok, porok és folyadékok esetében használható.
Mi pontosan az üvegesedési hőmérséklet
Egy anyag üvegesedési átmeneti hőmérséklete, Tg, azt a hőmérséklet-tartományt jellemzi, amelyben ez az üvegesedés bekövetkezik. Ez mindig alacsonyabb, mint az anyag kristályos állapotának olvadási hőmérséklete (ha létezik ilyen). Az üvegesedési átmeneti hőmérséklet-tartományban a polimerek kemény és merev állapotból rugalmasabb és rugalmasabb állapotba kerülnek. A Tg egy olyan hőmérséklettartományban következik be, amelyben a polimerláncok mozgékonysága jelentősen megnő.
Az olyan hőre lágyuló műanyagokat, mint a polisztirol (PS) és a poli(metil-metakrilát) (PMMA) általában üvegesedési hőmérsékletük alatt, azaz üveges állapotukban használják.
Az olyan elasztomereket, mint a poliizoprén és a butadién gumi (BR), Tg értékük felett használják, ahol lágyak és rugalmasak.
Alkalmazás
A nedvességnek a szorbit üvegesedési hőmérsékletére gyakorolt hatásának vizsgálata
A szorbitot cukorhelyettesítőként használják számos édességben, diétás termékben és gyógyszerben. A szorbit 10%-os vízhányada a vízmentes szorbithoz képest kb. 24 K (középhőmérséklet) üvegesedési hőmérséklet-csökkenést eredményez. Mindkét minta teljesen amorf marad az olvadt állapotból való gyors lehűlés után (amely a megjelenített fűtési lépés előtt történt).
A méréseket 10 K/perc fűtési sebességgel végeztük nitrogén atmoszférában. Az alumíniumból készült, lezárt mintatartó edényeket lyukacsos fedéllel zártuk le. A minták tömege körülbelül 12 mg ± 1 mg volt.
dinamikus mechanikai elemzéssel (DMA)
(pl. ASTM 1640)
A DMA technika (pl. ASTM E1640-09) nagyon érzékeny technika az üvegesedési hőmérséklet meghatározására (pl. 1640-94). Az üvegesedési átmenet meghatározására alternatív eljárást biztosít a differenciál pásztázó kalorimetria (DSC ) (ISO 11357-2) használatához képest. A DMA-mérések során a Tg az E' tárolási modulus szigmoidális változásának extrapolált kezdetén, az E'' veszteségmodulus csúcsán és a tanδ csúcsán figyelhető meg.
A DMA alkalmazható erősítetlen és töltött polimerek, habok, gumik, ragasztók és szálerősítésű műanyagok/kompozitok esetében. A dinamikus mechanikai analízis különböző módusai (pl. hajlítás, összenyomás, húzás) a forrásanyag formájának megfelelően alkalmazhatók.
Alkalmazás
A gumi üvegesedése
A dinamikus mechanikai analízis (DMA) rögzíti az anyag hőmérsékletfüggő viszkoelasztikus tulajdonságait (merevség, E' és Viszkózus modulusA komplex modulus (viszkózus komponens), a veszteségmodulus vagy G'' a minták "képzeletbeli" része a teljes komplex modulus. Ez a viszkózus komponens jelzi a mérendő minta folyadékszerű vagy fázison kívüli válaszát. veszteségi modulus, E'', a rezgési energia mérőszáma), és meghatározza a rugalmassági modulust és a csillapítási értékeket (tanδ) a mintára ható rezgőerő alkalmazásával.
A hidrogénezett akrilnitril-butadién gumi (HNBR) üvegesedési átmeneti hőmérsékletét (Tg) dinamikus mechanikai analízis (DMA) segítségével határoztuk meg húzó üzemmódban. A mérést 2 K/perc fűtési sebességgel, 1 Hz frekvenciával és ±20µm amplitúdóval végeztük a -90°C és 40°C közötti hőmérséklet-tartományban. Az E' tárolási modulusban meghatározott extrapolált kezdeti érték, az E'' Viszkózus modulusA komplex modulus (viszkózus komponens), a veszteségmodulus vagy G'' a minták "képzeletbeli" része a teljes komplex modulus. Ez a viszkózus komponens jelzi a mérendő minta folyadékszerű vagy fázison kívüli válaszát. veszteségi modulus csúcspontja és a tanδ görbe csúcspontja mind megfelel a gumi anyag üvegesedési átmeneti hőmérsékletének, Tg-nek(a megfelelő értékelési konvenciók alkalmazásával).
dilatometriás (DIL)/termomechanikai elemzéssel (TMA)
(pl. ASTM E831)
A dilatométerekben (DIL) és a termomechanikai analizátorokban (TMA, mindkettő az ASTM E 473 - 11a szabványban leírtak szerint) az üvegesedési átmenet a méretváltozás inflexiójának felel meg (pl. ASTM E1545. Ezt a kísérleti DIL/TMA görbén a csomópont extrapolált kezdeteként rögzítik, és a hőmérséklet függvényében jelenítik meg. Ahhoz, hogy ez a meghatározás reprodukálható legyen, meg kell adni a hűtési vagy fűtési sebességet. Az ASTM E1545 például az üvegesedési átmenet TMA segítségével történő meghatározását írja le.
Alkalmazás
Az üvegátmenet meghatározása dilatometriával
DIL-mérés természetes gumi anyagon -120°C és 20°C között 3 K/perc fűtési sebességgel hélium atmoszférában. a minta hossza 2 mm volt. Az extrapolált -62°C-os kezdeti hőmérséklet megfelel az üvegesedési átmenetnek (Tg). Amorf anyagokban, mint például a gumi, ez egy reverzibilis átmenet. Az anyag kemény és viszonylag rideg állapotból lágy vagy gumiszerű állapotba változik.