Vad betyder glasövergångstemperatur (Tg)?
En glasövergångstemperatur (Tg) är temperaturen där en polymer övergår från ett segt material till ett hårt, sprött material. Det är den temperatur vid vilken kolkedjorna börjar röra sig. I detta skede upplever den amorfa regionen en övergång från ett styvt tillstånd till ett flexibelt tillstånd med temperaturen vid gränsen till det fasta tillståndet som ändrar den till en mer viskoelastisk (gummi) sådan. Vid denna temperatur ökar den fria volymen, eller gapet mellan molekylkedjorna, med 2,5 gånger.
De viskoelastiska egenskaperna hos en semikristallin polymer tillåter flexibilitet som är fallet av förpackningsmaterial.
Glasövergångstemperaturen är en egenskap hos den amorfa delen av ett semikristallint material. Vid den punkt där den omgivande temperaturen är under Tg, molekylerna av amorfa material förblir frusna på plats och beter sig som massivt glas. Plastmaterial har ett lägre Tg, även om plastmaterial vars molekylära struktur är styv och stel visar ett högre Tg.
Varje polymer med en amorf struktur har sin egen unika glasövergångstemperatur, vilket är en användbar faktor för att avgöra om ett givet material är bättre lämpat för flexibla eller stela tillämpningar.
Figur 1. Diagram över glasövergångstemperatur som visar temperaturen och styvheten hos ett material.
Kunskaper.se förklarar glasövergångstemperatur (Tg)
Temperaturen vid vilken ett amorft polymermaterial förvandlas till en trögflytande vätska eller gummiliknande form vid upphettning kallas glasövergångstemperaturen (Tg). Det kan också definieras som en temperatur vid vilken en amorf polymer utvecklar de karakteristiska glasartade egenskaperna såsom sprödhet, styvhet och styvhet vid kylning. Denna temperatur kan användas för att identifiera polymerer.
Också, vid Tg, ändras huvudkedjans rörlighet. Vid lägre temperaturer finns det fortfarande molekylär rörelse men den huvudsakliga ryggradskedjan är frusen på plats. Tg för en given plast kan ändras genom att inkorporera ett mjukgörare, vilket är fallet för PVC.
Tg-värdet beror mycket på polymerens rörlighet kedja, och för de flesta syntetiska polymerer ligger mellan 170°K och 500°K (-103°C och 227°C).
Rena kristallina polymerer har inget glas övergångstemperatur eftersom glasövergångstemperaturen endast är tillämpbar på amorfa polymerer. Rena amorfa polymerer har ingen smälttemperatur; de har bara en glasövergångstemperatur. Men många polymerer är sammansatta av både amorfa och kristallina strukturer. Detta innebär att många polymerer har både en glasövergångstemperatur och en smälttemperatur. Glasövergångstemperaturen är lägre än smälttemperaturen.
Praktiska tillämpningar av glasövergångstemperaturen (T g)
De olika glasövergångstemperaturerna för olika polymerer gör att olika polymerer är bättre lämpade för vissa applikationer än andra. Till exempel är ett gummidäck för en bil mjukt och formbart eftersom det vid normala driftstemperaturer ligger långt över dess glastemperatur. Om dess glasövergångstemperatur var högre än dess driftstemperatur, skulle den inte ha den flexibilitet som krävs för att greppa beläggningen.
Andra polymerer är utformade för att fungera under deras glasövergångstemperatur . Ett exempel på detta är ett styvt plasthandtag på ett verktyg. Om plasthandtaget skulle ha en glasövergångstemperatur under dess driftstemperatur, skulle det vara för flexibelt för att man ska kunna ta tag i det och effektivt använda verktyget.
Faktorer som påverkar glasövergångstemperaturen
Externa faktorer, som luftfuktighet eller fuktnivå, kan också påverka Tg. Eftersom fukt tenderar att diffundera långsamt genom ett material, kan det fungera som ett mjukgörare och få materialet att nå en jämviktsfukthalt baserat på den relativa fuktigheten i exponeringen. Detta resulterar i ett lägre Tg
. Material som används i en kontorsmiljö tar bara upp måttliga mängder fukt under sin livslängd, jämfört med material som hålls utomhus i en fuktig miljö. På grund av detta kan en lägre torktemperatur (väl under härdningstemperaturen) eller kontroll av fuktexponeringen vara lämpligt.
Hur utförs testning av glasövergångstemperatur
Det klassiska sättet att mäta glasövergångstemperaturen är att utföra en serie mekaniska tester över det förväntade temperaturintervallet. Även om det finns flera alternativ för testtypen, är böjhållfasthets- eller skjuvhållfasthetstestning standarden. Resultaten rapporteras som en kurva över böjmodul eller skjuvmodul i förhållande till temperatur. Tg indikeras där det finns en betydande minskning av materialstyrkan.
Den vanligaste termiska metoder för att bestämma övergångstemperatur är differential scanning kalorimetri (DSC), dynamisk mekanisk analys (DMA) och termomekanisk analys (TMA).
En praktisk tillämpning för glasövergångstemperaturen
Epoxibeläggningar används i stor utsträckning för skydd av rörledningar i olje- och gasindustrin. Ett viktigt övervägande är att välja den bästa epoxiformuleringen som ger effektivitet och hållbart korrosionsskydd, särskilt vid högre temperaturer. Beläggningens prestanda beror på plasticerade Tg-värden.
