Avainero – lasin siirtymälämpötila vs. sulamislämpötila
Elastomeerien lämpöominaisuuksien tutkiminen on välttämätöntä niiden lopullisen sovelluksen ja valmistusprosessin parametrien päättämiseksi. Elastomeerien lämpöominaisuuksia voidaan tutkia käyttämällä erilaisia testiparametreja, kuten siirtymälämpötiloja, käyttölämpötila-aluetta, lämpökapasiteettia, lämmönjohtavuutta, mekaanisten ominaisuuksien lämpötilariippuvuutta ja lineaarista lämpölaajenemiskerrointa. Siirtymälämpötiloissa on kahdenlaisia lämpötilaparametreja, nimittäin lasittumislämpötila (Tg) ja sulamislämpötila (Tm). Polymeeriteollisuudessa näitä lämpötiloja käytetään materiaalien ja niiden laatuparametrien tunnistamiseen. Polymeerien siirtymälämpötila voidaan arvioida erittäin tarkasti käyttämällä kehittyneitä laitteita, kuten dynaamista mekaanista analysaattoria (DMA) ja differentiaalista pyyhkäisykalorimetriä (DSC). Lasittumislämpötilassa polymeerin amorfisilla alueilla tapahtuu palautuva faasimuutos viskoosista lasimaiseksi tai päinvastoin lämpötilan muutoksesta johtuen, kun taas sulamislämpötilassa polymeerin kiteiset tai puolikiteiset alueet muuttuvat kiinteä amorfinen faasi. Tämä on avainero lasittumislämpötilan ja sulamislämpötilan välillä.
Mikä on lasin siirtymälämpötila?
Lasittumislämpötila on lämpötila, jossa amorfisen tai puolikiteisen polymeerin viskoosi tai kumimainen tila muuttuu hauraaseen, lasimaiseen tilaan. Tämä on palautuva siirtymä. Lasittumislämpötilan alapuolella polymeerit ovat kovia ja jäykkiä kuin lasi. Lasittumislämpötilan yläpuolella polymeereillä on viskoosisia tai kumimaisia ominaisuuksia ja vähemmän jäykkyyttä. Lasisiirtymä on toisen asteen reaktio, koska johdannaisissa tapahtuu muutos. Muutokset polymeerissä ylä- ja alapuolella tapahtuvat energiamuutosten aiheuttaman molekyyliliikkeen vuoksi. Tähän lämpötilaan vaikuttaa suuresti molekyylien rakenne. Lisäksi se riippuu myös syklisten muodonmuutosten tiheydestä, sekoitusaineosien, kuten pehmittimien, täyteaineiden jne. vaikutuksesta ja lämpötilan muutosnopeudesta.
Kuva 01: Tiheys lämpötilassa
Kokeellisten havaintojen perusteella on havaittu, että symmetrisessä polymeerissä lasittumislämpötila on puolet sen sulamislämpötilasta, kun taas epäsymmetrisessä polymeerissä lasittumislämpötila on 2/3 sen sulamisarvosta (asteina Kelvin). Nämä suhteet eivät kuitenkaan ole universaaleja, ja niissä on poikkeamia monissa polymeereissä. Lasisiirtymä on tärkeä määritettäessä polymeerin työskentelyaluetta, arvioitaessa joustavuutta ja reaktion luonnetta mekaaniseen rasitukseen.
Mikä on sulamislämpötila?
Sulaminen on toinen tärkeä polymeerien lämpösiirtymien parametri. Yleensä sulamislämpötila on lämpötila, jossa faasimuutos tapahtuu; esimerkiksi kiinteästä nesteeksi tai nesteestä höyryksi.
Kuva 02: Sulaminen
Polimeerien os alta sulamislämpötila on kuitenkin lämpötila, jossa tapahtuu siirtyminen kiteisestä tai puolikiteisestä faasista kiinteään amorfiseen faasiin. Sulaminen on ensimmäisen asteen endoterminen reaktio. Polymeerin sulamisentalpiaa voidaan käyttää kiteisyysasteen laskemiseen, kunhan saman polymeerin 100 %:n sulamisentalpia tunnetaan. Sulamislämpötilan tunteminen on myös erittäin tärkeää, koska se antaa käsityksen polymeerin toiminta-alueesta.
Mitä eroa on lasin siirtymälämpötilalla ja sulamislämpötilalla?
Lasin siirtymälämpötila vs sulamislämpötila |
|
| Lasittumislämpötila on lämpötila, jossa amorfisen tai puolikiteisen polymeerin viskoosi tai kumimainen tila muuttuu hauraaseen, lasimaiseen tilaan. | Lasittumislämpötila on lämpötila, jossa amorfisen tai puolikiteisen polymeerin viskoosi tai kumimainen tila muuttuu hauraaseen, lasimaiseen tilaan. |
| Reaktiojärjestys | |
| Lasisiirtymä on toisen asteen reaktio. | Sulaminen on ensimmäisen asteen reaktio. |
| Yläpuolella Tg tai Tm | |
| Amorfisista alueista tulee kumisia, vähemmän jäykkiä eivätkä hauraita | Kiteiset alueet muuttuvat kiinteiksi amorfisiksi alueiksi. |
| Alle Tg tai Tm | |
| Amorfisista alueista tulee lasimaisia, jäykkiä ja hauraita. | Vakaat kiteiset alueet |
| Suhde (kokeellisten havaintojen mukaan) | |
| Tg=1/2 Tm (symmetrisille polymeereille) | Tg=2/3 Tm (epäsymmetrisille polymeereille) |
Yhteenveto – Lasin siirtymälämpötila vs sulamislämpötila
Sekä lasittumis- että sulamislämpötilat ovat erittäin tärkeitä polymeerien lämpösiirtymäominaisuuksia. Lasittumislämpötilan yläpuolella polymeereillä on kumimaisia ominaisuuksia, kun taas tämän lämpötilan alapuolella ne ovat lasillisia. Lasisirtymä tapahtuu amorfisissa polymeereissä. Sulaminen on faasin muutosta kiteisestä kiinteäksi amorfiseksi. Sulamislämpötila on tärkeä kiteisyysasteen laskemiseksi. Molemmat lämpötila-arvot ovat erittäin hyödyllisiä määritettäessä polymeerien laatua ja käyttöaluetta.
Lataa PDF-versio lasin siirtymälämpötilasta vs. sulamislämpötilasta
Voit ladata tämän artikkelin PDF-version ja käyttää sitä offline-tarkoituksiin lainaushuomautuksen mukaisesti. Lataa PDF-versio tästä Lasin siirtymälämpötilan ja sulamislämpötilan ero
