стеклование

Температура стеклования полимеров

В самом начале знакомства с полимерами возникает такое понятие как стеклование.

         Стеклообразное состояние полимера - это то состояние, при котором он обладает свойствами твердого тела. Стеклование присуще только полимерам с аморфной (не кристаллической) структурой. Но даже в полимере с кристаллическим строением до половины молекул могут быть в аморфном состоянии.

Температура стеклования (Тg )  дает понятие при какой температуре данный материал переходит в стеклообразное состояние. Тg — это одна из основных характеристик для полимеров.

По сути, как видно из названия, Тg — это та температура, при которой материал (при остывании из горячего высокоэластичного состояния) становится стеклообразным, то есть твердым и хрупким как стекло.

Тg  некоторых пластиков равна 100 °С. Если они используются при комнатной температуре, значит они нужны в твердом, жестком состоянии. То есть, если нагреть этот же полимер до 500 °С, он будет в высокоэластичном, может быть текучем состоянии, но если начать его понемногу остужать, то на отметке в 100 °С он станет твердым и жестким.

Точно по этой причине бампер ну или обычное пластмассовое ведро быстро трескаются на морозе. Это происходит из-за того, что  данные полимеры нельзя эксплуатировать при температуре ниже чем их собственная Тg.

Все намного упрощается, если представлять что молекулы полимера находятся в спутанном и переплетенном состоянии. Как, например, черви в пакете). С тем лишь исключением, что молекулы не могут переползать из одного конца пакета в другой. Заморозив этот пакет, то есть, дав червям температуру ниже их температуры стеклования (если это, конечно, законно)) мы получим твердую плиту с застывшими внутри «молекулами» которую легко сломать, попытавшись  согнуть. Если же, наоборот, передавать материалу тепло (повышать кинетическую энергию молекул) он будет становиться пластичнее.

Разная Тg у разных полимеров обусловлена размерами молекул этих полимеров, их жесткостью и наличием или отсутствием боковых групп.

Тg определяется разными способами. Один из наиболее точных, это метод ДСК (дифференциальная сканирующая калориметрия). Суть метода в постоянной фиксации теплоемкости образца при нагревании. Когда температура образца достигает своей Тg, его теплоемкость меняется, что и фиксирует компьютер.

Зная Тg вашего связующего по паспорту. И замерив ее уже у отвержденного кусочка пластика, можно сделать вывод о завершенности реакции, то есть, сколько молекул сшились относительно теоретически возможной величины. Например, по паспорту Тg эпоксидной матрицы 115 °С. Я пропитываю ею волокно, отверждаю, затем замеряю Тg  получившегося пластика. И если она примерно 70°С,  значит,  в объеме пластика есть не сшитые молекулы, которые в относительно свободном состоянии и соответственно увеличивают пластичность всей структуры. Это все означает, что пластик не набрал всю свою возможную прочность.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", Вы даете согласие на рассылку , обработку персональных данных и принимаете политику конфиденциальности