Βασική διαφορά – Θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού έναντι θερμοκρασίας τήξης
Η διερεύνηση των θερμικών ιδιοτήτων των ελαστομερών είναι απαραίτητη για να αποφασιστεί η τελική εφαρμογή και οι παραμέτρους της διαδικασίας κατασκευής τους. Οι θερμικές ιδιότητες των ελαστομερών μπορούν να εξεταστούν χρησιμοποιώντας διαφορετικές παραμέτρους δοκιμής όπως θερμοκρασίες μετάπτωσης, χρήσιμο εύρος θερμοκρασίας, θερμοχωρητικότητα, θερμική αγωγιμότητα, εξάρτηση από τη θερμοκρασία των μηχανικών ιδιοτήτων και συντελεστής γραμμικής θερμικής διαστολής. Υπάρχουν δύο τύποι παραμέτρων θερμοκρασίας που υπάγονται στις θερμοκρασίες μετάβασης και συγκεκριμένα, η θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου (Tg) και η θερμοκρασία τήξης (Tm). Στη βιομηχανία πολυμερών, αυτές οι θερμοκρασίες χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση των υλικών και των παραμέτρων ποιότητας τους. Η θερμοκρασία μετάπτωσης των πολυμερών μπορεί να εκτιμηθεί με μεγάλη ακρίβεια χρησιμοποιώντας προηγμένα όργανα όπως δυναμικός μηχανικός αναλυτής (DMA) και θερμιδόμετρο διαφορικής σάρωσης (DSC). Στη θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού, μια αναστρέψιμη αλλαγή στη φάση από παχύρρευστη σε υαλώδη ή αντίστροφα συμβαίνει στις άμορφες περιοχές του πολυμερούς λόγω αλλαγής της θερμοκρασίας, ενώ στη θερμοκρασία τήξης, οι κρυσταλλικές ή ημι-κρυσταλλικές περιοχές ενός πολυμερούς αλλάζουν σε στερεά άμορφη φάση. Αυτή είναι η βασική διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας μετάπτωσης γυαλιού και της θερμοκρασίας τήξης.
Τι είναι η θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού;
Η θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου είναι η θερμοκρασία στην οποία μια ιξώδης ή ελαστική κατάσταση ενός άμορφου ή ημι-κρυσταλλικού πολυμερούς μεταβάλλεται σε εύθραυστη, υαλώδη κατάσταση. Αυτή είναι μια αναστρέψιμη μετάβαση. Κάτω από τις θερμοκρασίες μετάπτωσης γυαλιού, τα πολυμερή είναι σκληρά και άκαμπτα όπως το γυαλί. Πάνω από τη θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού, τα πολυμερή εμφανίζουν ιξώδεις ή ελαστικές ιδιότητες με λιγότερη ακαμψία. Η μετάβαση γυαλιού είναι μια αντίδραση δεύτερης τάξης καθώς υπάρχει μια αλλαγή στα παράγωγα. Οι αλλαγές στο πολυμερές πάνω και κάτω συμβαίνουν λόγω της μοριακής κίνησης λόγω μεταβολών ενέργειας. Αυτή η θερμοκρασία επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τη δομή των μορίων. Επιπλέον, εξαρτάται επίσης από τη συχνότητα της κυκλικής παραμόρφωσης, την επίδραση των συστατικών της σύνθεσης όπως πλαστικοποιητές, πληρωτικά κ.λπ., και τον ρυθμό μεταβολής της θερμοκρασίας.
Εικόνα 01: Πυκνότητα στη θερμοκρασία
Σύμφωνα με πειραματικές παρατηρήσεις, βρέθηκε ότι σε ένα συμμετρικό πολυμερές, η θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού είναι το ήμισυ της θερμοκρασίας τήξης του, ενώ σε ένα ασύμμετρο πολυμερές, η θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου είναι τα 2/3 της τιμής τήξης του (σε βαθμούς Κέλβιν). Ωστόσο, αυτές οι σχέσεις δεν είναι καθολικές και έχουν αποκλίσεις σε πολλά πολυμερή. Η μετάβαση γυαλιού είναι σημαντική για τον προσδιορισμό του εύρους εργασίας του πολυμερούς, αξιολογώντας την ευελιξία και τη φύση της απόκρισης στη μηχανική καταπόνηση.
Τι είναι η θερμοκρασία τήξης;
Η τήξη είναι μια άλλη σημαντική παράμετρος των θερμικών μεταπτώσεων στα πολυμερή. Συνήθως, η θερμοκρασία τήξης είναι η θερμοκρασία στην οποία συμβαίνει μια μετάβαση φάσης. για παράδειγμα, στερεό σε υγρό ή υγρό σε ατμό.
Εικόνα 02: Τήξη
Ωστόσο, όσον αφορά τα πολυμερή, η θερμοκρασία τήξης είναι μια θερμοκρασία στην οποία λαμβάνει χώρα μια μετάβαση από μια κρυσταλλική ή ημι-κρυσταλλική φάση σε μια στερεά άμορφη φάση. Η τήξη είναι μια πρώτης τάξης ενδόθερμη αντίδραση. Η ενθαλπία τήξης του πολυμερούς μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό του βαθμού κρυσταλλικότητας, δεδομένου ότι είναι γνωστή η ενθαλπία τήξης του 100% του ίδιου πολυμερούς. Η γνώση της θερμοκρασίας τήξης είναι επίσης πολύ σημαντική καθώς δίνει μια ιδέα για το εύρος εργασίας ενός πολυμερούς.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας μετάβασης γυαλιού και της θερμοκρασίας τήξης;
Θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού έναντι θερμοκρασίας τήξης |
|
| Θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου είναι η θερμοκρασία στην οποία μια παχύρρευστη ή ελαστική κατάσταση ενός άμορφου ή ημι-κρυσταλλικού πολυμερούς μεταβάλλεται σε εύθραυστη, υαλώδη κατάσταση. | Θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου είναι η θερμοκρασία στην οποία μια παχύρρευστη ή ελαστική κατάσταση ενός άμορφου ή ημι-κρυσταλλικού πολυμερούς μεταβάλλεται σε εύθραυστη, υαλώδη κατάσταση. |
| Σειρά αντίδρασης | |
| Η μετάβαση γυαλιού είναι μια αντίδραση δεύτερης τάξης. | Η τήξη είναι αντίδραση πρώτης τάξης. |
| Πάνω από Tg ή Tμ | |
| Οι άμορφες περιοχές γίνονται ελαστικές, λιγότερο άκαμπτες και όχι εύθραυστες | Οι κρυσταλλικές περιοχές μετατρέπονται σε συμπαγείς άμορφες περιοχές. |
| Κάτω από Tg ή Tμ | |
| Οι άμορφες περιοχές γίνονται υαλώδεις, άκαμπτες και εύθραυστες. | Σταθερές κρυσταλλικές περιοχές |
| Σχέση (σύμφωνα με πειραματικές παρατηρήσεις) | |
| Tg=1/2 Tm (για συμμετρικά πολυμερή) | Tg=2/3 Tm (για ασύμμετρα πολυμερή) |
Σύνοψη – Θερμοκρασία μετάβασης γυαλιού έναντι θερμοκρασίας τήξης
Τόσο οι θερμοκρασίες μετάπτωσης γυαλιού όσο και οι θερμοκρασίες τήξης είναι πολύ σημαντικές ιδιότητες θερμικής μετάπτωσης των πολυμερών. Πάνω από τη θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού, τα πολυμερή έχουν ελαστικές ιδιότητες, ενώ, κάτω από αυτή τη θερμοκρασία, έχουν ιδιότητες γυαλιού. Η υαλώδης μετάπτωση συμβαίνει σε άμορφα πολυμερή. Τήξη είναι η αλλαγή της φάσης από κρυσταλλική σε στερεή άμορφη. Η θερμοκρασία τήξης είναι σημαντική για τον υπολογισμό του βαθμού κρυσταλλικότητας. Και οι δύο τιμές θερμοκρασιών είναι εξαιρετικά χρήσιμες για τον προσδιορισμό της ποιότητας και του εύρους λειτουργίας των πολυμερών.
Λήψη έκδοσης PDF του Glass Transition Temperature vs Melting Temperature
Μπορείτε να κατεβάσετε την έκδοση PDF αυτού του άρθρου και να τη χρησιμοποιήσετε για σκοπούς εκτός σύνδεσης σύμφωνα με τη σημείωση παραπομπής. Κάντε λήψη της έκδοσης PDF εδώ Διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας μετάβασης γυαλιού και της θερμοκρασίας τήξης
