Ordlista
Glasomvandlingstemperatur
Glasövergången är en av de viktigaste egenskaperna hos amorfa och halvkristallina material, t.ex. oorganiska glas, amorfa metaller, polymerer, läkemedel och livsmedelsingredienser etc., och beskriver det temperaturområde där materialens mekaniska egenskaper ändras från hårda och spröda till mer mjuka, deformerbara eller gummiaktiga.
Många polymerer, t.ex. termoplaster, härdplaster, gummi etc., består vanligtvis av både amorfa och kristallina strukturer. Detta innebär att många polymerer uppvisar både en glasomvandlingstemperatur, Tg, och en Smälttemperaturer och entalpierEtt ämnes smältningsenthalpi, även kallad latent värme, är ett mått på den energitillförsel, vanligtvis värme, som krävs för att omvandla ett ämne från fast till flytande tillstånd. Ett ämnes smältpunkt är den temperatur vid vilken det ändrar tillstånd från fast (kristallin) till flytande (isotropisk smälta).smälttemperatur. Glasomvandlingstemperaturen (Tg) är lägre än smälttemperaturen för ett kristallint material.
Har du några frågor?
Lämpliga produkter för din mätning
Glasomvandlingstemperatur för materialidentifiering
Bestämning av glasomvandlingstemperaturen är ett verktyg för materialidentifiering. Glasomvandlingstemperaturen (Tg) bestämmer också användningsområdet för ett material. Ett gummidäck (bil) är till exempel mjukt och formbart eftersom det vid normala drifttemperaturer ligger långt över sin glasomvandlingstemperatur. Om glasövergångstemperaturen vore högre än driftstemperaturen skulle däcket inte ha den flexibilitet som krävs för att få grepp om vägbanan.
Andra polymerer arbetar under sin glasomvandlingstemperatur, t.ex. ett styvt plasthandtag. Om plasthandtaget hade en glasomvandlingstemperatur som låg under dess driftstemperatur skulle det vara för flexibelt.
Bestämning av glasomvandlingstemperaturen med hjälp av olika termoanalytiska metoder
genom differentiell skanningskalorimetri (DSC)
(t.ex. ASTM E1356)
Vid DSC-mätningar kan glasövergången observeras som ett steg i mätkurvans baslinje (fig. 1). Den kännetecknas av sin start-, mittpunkts-, böjnings- och sluttemperatur. Steghöjden motsvarar ΔSpecifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp och anges i J/(g⋅K). Utvärderingsförfarandet beskrivs i t.ex. ASTM E1356-08. DSC kan användas för fasta ämnen, pulver och vätskor.
Vad exakt är glasövergångstemperatur
Glasövergångstemperaturen, Tg, för ett material karakteriserar det temperaturintervall inom vilket glasövergången sker. Den är alltid lägre än smälttemperaturen för materialets kristallina tillstånd (om ett sådant finns). Inom temperaturområdet för glasövergången övergår polymerer från ett hårt och styvt tillstånd till ett mer flexibelt och smidigt tillstånd. Tg inträffar i ett temperaturintervall där polymerkedjornas rörlighet ökar avsevärt.
Termoplaster som polystyren (PS) och poly(metylmetakrylat) (PMMA) används vanligen under sin glasövergångstemperatur, dvs. i sitt glasartade tillstånd.
Elastomerer som polyisopren och butadiengummi (BR) används över sin Tg, där de är mjuka och smidiga.
Tillämpning
Undersökning av fuktens inverkan på sorbitols glasomvandlingstemperatur
Sorbitol används som sockerersättning i många sötsaker, dietprodukter och mediciner. En andel på 10% vatten i sorbitol medför en sänkning av glasomvandlingstemperaturen med ca 24 K (medeltemperatur) jämfört med vattenfri sorbitol. Båda proverna förblir helt amorfa efter den snabba kylningen från det smälta tillståndet (som ägde rum före det visade uppvärmningssteget).
Mätningarna utfördes med en uppvärmningshastighet på 10 K/min i kväveatmosfär. De förseglade provpannorna av aluminium stängdes med ett genomborrat lock. Provmassorna uppgick till cirka 12 mg ± 1 mg.
genom dynamisk mekanisk analys (DMA)
(t.ex. ASTM 1640)
DMA-tekniken (t.ex. ASTM E1640-09) är en mycket känslig teknik för bestämning av glasomvandlingstemperaturen (t.ex. 1640-94). Den utgör ett alternativt förfarande för bestämning av glasomvandlingstemperaturen till användning av differential scanning calorimetry (DSC) (ISO 11357-2). Vid DMA-mätningar kan Tg observeras i den extrapolerade början av den sigmoidala förändringen av lagringsmodulen E', toppen av förlustmodulen E'' och toppen av tanδ.
DMA kan användas för oförstärkta och fyllda polymerer, skum, gummi, lim och fiberförstärkta plaster/kompositer. Olika lägen (t.ex. böjning, kompression, spänning) för dynamisk mekanisk analys kan tillämpas på lämpligt sätt för källmaterialets form.
Tillämpning
Glasövergången för ett gummi
Dynamisk mekanisk analys (DMA) registrerar ett materials temperaturberoende viskoelastiska egenskaper (styvhet, E' och ViskositetsmodulDen komplexa modulen (viskösa komponenten), förlustmodulen eller G'', är den "imaginära" delen av provets totala komplexa modul. Den viskösa komponenten indikerar det vätskeliknande, eller ur fas, svaret hos det prov som mäts. förlustmodul, E'', mått på svängningsenergin) och bestämmer dess Elastisk modulDen komplexa modulen (den elastiska komponenten), lagringsmodulen eller G', är den "verkliga" delen av provets totala komplexa modul. Den elastiska komponenten indikerar den fasta responsen, eller responsen i fas, hos det prov som mäts. elasticitetsmodul och dämpningsvärden (tanδ) genom att applicera en oscillerande kraft på provet.
Glasomvandlingstemperaturen, Tg, för ett hydrerat akrylnitrilbutadiengummi (HNBR) bestämdes i spänningsläge med hjälp av dynamisk mekanisk analys, DMA. Mätningen utfördes med en uppvärmningshastighet på 2 K/min, en frekvens på 1 Hz och en amplitud på ±20 µm i temperaturområdet mellan -90°C och 40°C. Den extrapolerade början som bestämts i lagringsmodulen E', toppen i förlustmodulen E'' och toppen i tanδ-kurvan motsvarar alla glasövergångstemperaturen, Tg, för detta gummimaterial (genom tillämpning av respektive utvärderingskonventioner).
genom dilatometri (DIL)/termomekanisk analys (TMA)
(t.ex. ASTM E831)
I dilatometer (DIL) och termomekaniska analysatorer (TMA, båda beskrivna i ASTM E 473 - 11a) motsvarar glasövergången böjningen i dimensionsförändringen (t.ex. ASTM E1545. Den registreras som den extrapolerade början på knäckningen i den experimentella DIL/TMA-kurvan och visas som en funktion av temperaturen. För att göra denna definition reproducerbar bör man ange kylnings- eller uppvärmningshastigheten. ASTM E1545 beskriver t.ex. bestämning av glasövergången med hjälp av TMA.
Tillämpning
Bestämning av glasomvandlingen med hjälp av dilatometri
DIL-mätning på ett naturgummimaterial mellan -120°C och 20°C med en uppvärmningshastighet på 3 K/min i heliumatmosfär. provets längd uppgick till 2 mm. Den extrapolerade starttemperaturen på -62°C motsvarar glasövergången (Tg). I amorfa material som t.ex. gummi är det en reversibel övergång. Materialet övergår från ett hårt och relativt sprött tillstånd till ett mjukt eller gummiaktigt tillstånd.