Температура стеклования полимеров: Полное руководство

Стеклование - это часто наблюдаемое поведение полимеров, которое полезно для многих применений. Однако этот переход происходит с учетом многих факторов, и понимание температуры стеклования полимеров имеет большое значение.

Если вы хотите узнать больше об этой теме, вам поможет приведенное ниже руководство.

Что такое температура стеклования полимеров?

Температура стеклования (Tg) - это температура, при которой полимеры переходят из стеклянного и хрупкого состояния в состояние резины. Если вы задаетесь вопросом, что такое Tg, то Tg - это очень важная характеристика поведения полимера.

Он определяет область, в которой происходят изменения в стекле с точки зрения его физических и механических свойств.

Какие типы полимеров подвергаются стеклованию?

Три различных типа полимеров, которые подвергаются стеклованию, рассматриваются в следующем разделе.

1. Аморфные полимеры

Аморфные полимеры состоят из молекул, которые находятся в случайном состоянии. При температуре Tg аморфные полимеры переходят в состояние стекла, что делает их жесткими, твердыми и хрупкими.

Когда у них более низкий tg, между молекулами остается пространство, что позволяет им двигаться при низких температурах.

При повышении температуры аморфные полимеры становятся мягче. К аморфным полимерам относятся ПММА, АБС, ПВХ и др.

2. Кристаллические полимеры

Кристаллические полимеры имеют высокоупорядоченную молекулярную структуру. Они не становятся мягкими при повышении температура и имеют узкий температура плавления.

Такая температура плавления обычно выше верхней границы аморфного полимера. К кристаллическим полимерам относятся POM, PEEK и PET.

3. Полукристаллические полимеры

Полукристаллические полимеры имеют смесь упорядоченных и случайных структур. Упорядоченные структуры ограничивают движение полимерных цепей, что повышает Tg.

Плюсы и минусы полимеров

Плюсы и минусы полимеров приведены ниже:

Плюсы

• Полимеры имеют небольшой вес и, следовательно, подходят для применения в чувствительных к весу областях.
• Полимеры обеспечивают гибкость конструкции и, следовательно, могут быть сформированы даже в сложных геометрических формах.
• Они устойчивы к коррозии и не разрушаются даже под воздействием влаги или химических веществ.
• Полимеры обладают отличными электроизоляционными свойствами и, следовательно, подходят для электропроводки и электроники.

Cons

• Полимеры обладают низкой прочностью, что ограничивает их применение в условиях высоких нагрузок.
• Полимеры чувствительны к теплу, так как обычно имеют низкую температуру плавления и не подходят для использования в средах с высокой температурой.
• Использование полимеров в суровых условиях или под воздействием ультрафиолетовых лучей в долгосрочной перспективе может привести к их разрушению.
• Некоторые полимеры чувствительны к некоторым химическим веществам, что приводит к их растворению или растрескиванию.

Каковы примеры полимеров с высокой или низкой Tg?

Полимеры с высокой Tg

Такие полимеры, как полиметилметакрилат и полистирол, имеют высокую Tg, они хрупкие и твердые.

Полимеры с низким Tg

У таких полимеров, как полиизобутилен и полиизопрен, Tg ниже комнатной температуры, поэтому они мягкие и гибкие.

В чем разница между Tg и Tm?

Tg - это температура стеклования, в то время как температура плавления обозначается Tm.

• Tg определяет, как аморфная область полукристаллического пластика переходит из стеклоподобного состояния в резиноподобное.
• Tm - это температура, при которой кристаллические области в полукристаллическом пластике переходят из твердого состояния в жидкое.

Какие факторы влияют на Tg?

Некоторые из факторов, влияющих на Tg, следующие:

Химическая структура

• В полимере, состоящем из прямой цепи, при увеличении молекулярной массы уменьшается концентрация на конце цепи, а значит, увеличивается Tg.
• Если молекулярная структура громоздкая, наблюдается снижение подвижности, что повышает Tg материала.
• В случае увеличения сшивки подвижность полимера уменьшается, что приводит к увеличению Tg.
• В случае присутствия полярных групп межмолекулярные силы велики, что уменьшает свободный объем и приводит к высокой Tg.

Добавление пластификаторов

Добавление пластификаторы увеличивает пространство между цепями полимеров, что создает свободное пространство. Такое увеличение позволяет цепям скользить мимо, и, следовательно, происходит снижение Tg.

Содержание воды или влаги

При высоком содержании влаги в полимерных цепях происходит ухудшение характеристик, что приводит к снижению Tg.

Влияние энтропии и энтальпии

В аморфных полимерах значение энтропии высокое, а в кристаллических - низкое; в случае высокого значения энтропии Tg еще выше.

Давление и свободный объем

При увеличении давления свободный объем уменьшается, и, следовательно, Tg становится высокой.

Другие факторы, определяющие Tg

Другие факторы, влияющие на стеклование полимеров, следующие:

• Длина алкильной цепи
• Толщина пленки
• Взаимодействие связей
• Гибкость полимерной цепи
• Разветвление цепей

Какие существуют методы определения Tg?

Три метода определения Tg следующие:

1. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)

ДСК - это термоаналитический метод, в котором используется калориметр с дифференциальным сканированием. Он отслеживает изменение теплового потока между эталоном и образцом в зависимости от температуры или времени.

Он также определяет термические свойства полимера и используется для аморфных областей стабильных полимеров.

2. Дифференциальный термический анализ (ДТА)

ДТА также является методом термического анализа. Он измеряет Tg материала. Материал проходит несколько циклов нагревания и охлаждения, и определяется разница между температурой образца и эталона.

Температура поддерживается в течение различных тепловых циклов, обеспечивая постоянные условия для тестирования.

3. Динамический механический анализ (ДМА)

DMA анализирует жесткость материала с помощью механического анализатора. Механическое напряжение прикладывается к образцу, а прибор измеряет деформацию. Это помогает оценить стеклование, поведение жесткости, а также степень кристалличности.

Заключение

Температура стеклования - это технический механизм, понимание которого очень важно для выбора полимеров для различных применений.

Вы можете связаться с нами по адресу DEK если вы планируете изготавливать компоненты из различных полимеров и нуждаетесь в высоком качестве.

Вопросы и ответы

В каких единицах измеряется температура стеклования?

Единицами измерения температуры стеклования являются Фаренгейт, Цельсий и Кельвин.

Почему важно определять Tg полимеров?

Tg определяет область, в которой происходит изменение физико-механических свойств полимера.

Что происходит с полимером при температуре стеклования?

При температуре стеклования полимер меняет свое состояние с хрупкого на резиновое.