Pokud jde o fyzikální vlastnosti, teplota skelného přechodu ( T v , anglicky: T g pro sklo ) materiálu se často popisuje jako teplotní interval, kterým se materiál mění z gumového stavu na gumový. pevný (tuhý).
Teplota skelného přechodu zůstává jedním z hlavních tajemství vědy o materiálech . Toto je obtížný parametr. Žádná teorie (včetně teorie založené na volném objemu, na termodynamice, kinetice nebo v poslední době na komplexních statistikách, na modelu energetické krajiny) nedokáže plně vysvětlit makroskopický jev, který se vyskytuje v blízkosti T v . Teplota skelného přechodu závisí na mnoha faktorech, včetně molekulární struktury; jeho přesné měření není snadné.
"Fyzikální jevy podílející se na skleněném přechodu zůstávají jedním z nejvíce fascinujících tajemství ve vědě o materiálech a fyzice kondenzovaných látek ." "
- Salvatore Torquato
Charakterizuje amorfní fáze o polymer nebo o skla . V případě polymeru se jedná o jev spojený s pohyby segmentů makromolekulárních řetězců umístěných v amorfních doménách.
Pod touto teplotou jsou molekuly vykazují nízkou vzájemnou pohyblivost. Teplota skelného přechodu proto odpovídá změně mechanických vlastností materiálu. Při křížení získává materiál větší kapacitu pro deformaci.
T g polymeru je užitečným indikátorem pro flexibilitu, a tak mohou usnadnit, a to v rozsahu, výběr na nejvhodnější stupeň pro danou aplikaci. Například pro latexy, které patří do stejné skupiny elastomerů , stupeň má nejnižší T V může poskytnout větší flexibilitu při dané teplotě a zůstat pružný při nižších teplotách.
Pro minerální (nebo anorganická) skla, jako je křemičité sklo (SiO 2), je definována jako střed teplotního intervalu, ve kterém se postupně stávají viskóznějšími a mění se z kapaliny na pevnou látku .
Polymerní termoplastické (nikoliv zesítěný ) amorfní jsou charakterizovány jejich teplotou skelného přechodu. Nemají bod tání : měknou ( T r je teplota měknutí ) nad určitou teplotu.
Termoplastické polymery semikrystalické mají složitější morfologii, s koexistencí amorfních fází a krystalických v různých poměrech. Mají bod tání krystalických zón , T f ( v angličtině T m , pro taveninu ). Kromě toho se jejich struktura stává amorfní. Takové plasty často vykazují teploty T V (který je vždy nižší než T f ). Skelného přechodu je však méně výrazný než u amorfních materiálů.
Pod T v , na sklovité plošině, jsou materiály tuhé, málo tvárné a často křehké . Mohou prasknout nebo se rozbít.
Čisté látky s nízkou molekulovou hmotností, jako je voda, mají pouze teplotu přechodu v pevném stavu: pod touto hodnotou jsou to krystalické pevné látky (nebo amorfní led, pokud je chlazení pod T v poměrně rychlé) a nad nimi jsou to kapaliny.
Nad T v, „slabé vazby“ mezi řetězci polymerů křehnou působením tepelného míchání se polymer stává pružné a schopné se deformování elasticky nebo plasticky bez lámání . Tato vlastnost částečně ospravedlňuje užitečnost většiny plastů.
Takové chování neexistuje pro termosetické plasty (po zesíťování). Kvůli jejich tuhosti se pod tlakem rozbijí, než aby se zdeformovaly. Nelze je již roztavit případným ohřevem.
Znalost T v je v praxi velkým zájmem, protože podmíňuje tvarování materiálů . Ve skutečnosti pod touto teplotou jsou materiály tvrdé . Elastomery, jako je například styren-butadien , používají se hlavně jejich T V , zatímco amorfní termoplastické polymery, jako například polystyren , se používá dále. Semi-krystalické polymery, jako je isotaktický polypropylen , se používají při teplotě mezi T V jejich amorfní fáze a T f jejich krystalické fáze.
T g polymeru může být snížena přidáním změkčovadel .
Ve skutečnosti to závisí na:
Velký počet fyzikálních vlastností ( hustota , koeficient roztažnosti , specifické teplo , elastických konstant, jako je Youngův modul , viskozita , tepelná vodivost , index lomu , atd ), se může významně měnit v okolí T V a může být použit pro její měření .
Teplota skelného přechodu materiálu může být měřena diferenciální termickou analýzou nebo DSC ( diferenciální skenovací kalorimetrie ), což je statická technika nejčastěji používaná pro tento účel.
Používá se také přesná dynamická mechanická analýza (DM (T) A). Může vyřešit slabé sekundární přechody ( přechody β a γ). Mnoho polymerů vykazuje tyto podsklovité přechody (pozorované při T < T v ), které jsou obecně způsobeny pohyby postranních skupin nebo určitých segmentů řetězce.
Následující tabulka uvádí teploty skelného přechodu některých polymerů. Jedná se o řády , protože T v je nedefinovaná veličina, zejména proto, že závisí na rychlosti ohřevu / ochlazení a deformaci, a tedy na metodě měření.
U semikrystalického polymeru, jako je polyethylen, jehož stupeň krystalinity je 60 až 80% při teplotě místnosti, odpovídá uvedená teplota skelného přechodu teplotě amorfní části materiálu, když teplota klesá.
| Polymer |
T v (° C) (střední hodnota) |
|---|---|
| Polydimethylsiloxan (PDMS) | -120 |
| 1,4-cis-polybutadien (BR) | -112 |
| Polyethylen (PE) | -110 (přechod γ) |
| Přírodní kaučuk (NR) | -73 |
| Polyisobutylen (PIB) | -68 |
| Styren-butadien (SBR) | -55 |
| Neopren (polychloropren, CR) | -50 |
| 1,4-trans-polybutadien (BR) | -20 |
| 1,2-polybutadien (BR) | -12 |
| Izotaktický polypropylen (PPi) | -10 až 0 |
| Poly (vinylacetát) (PVA nebo PVAc) | 32 |
| Polyamid 11 | 46 |
| Polyamid 6.10 | 50 |
| Polymethylpenten (PMP) | 50 |
| Polyamid 6 | 52 |
| Polyamid 12 | 55 |
| Polyamid 6.6 | 57 |
| Přírodní vosk | 60 |
| Poly (ethylentereftalát) (PET) | 69 |
| Polyamid 4.6 | 80 |
| Poly (vinylchlorid) (PVC) | 80 |
| Poly (vinylalkohol) (PVAl) | 85 |
| Polystyren (PS) | 100 |
| Polyakrylonitril (PAN) | 105 |
| Poly (methylmethakrylát) (PMMA) ataktický | 108 |
| Polykarbonát (PC) | 150 |