Температура стеклового перехода полимеров

При проектировании деталей для литья пластмасс под давлением существует важное, но часто упускаемое из виду материальное соображение. Он включает температуру стеклования, или Tg. Мы углубимся в основную науку позже, но пока имейте в виду, что существует температура, при которой аморфные материалы переходят из стекловидного/жесткого состояния в кожистое/резиновое состояние.

Что подразумевается под температурой стеклования (Tg)?

Температура стеклования-это температура, при которой аморфный полимер переходит из твердого/стекловидного состояния в мягкое/кожистое состояние или наоборот. Tg напрямую связан с прочностью и потенциальным использованием материала в конкретном приложении конечного использования. Температура стеклочения связана с механическими свойствами полимера. Эти включают прочность на растяжение, прочность удара, модуль упругости, и диапазон рабочих температур, как показано в диаграмме 1.

Рисунок 1: Модуль упругости при изгибе против температуры.

Аморфный против полу-кристаллических полимеров.

Существует два класса полимеров: термопласты и термопласты. Термопластичные полимеры дополнительно подразделяются на две группы: аморфные, такие как поликарбонат (PC) и полистирол (PS), и полукристаллические, такие как полипропилен или ацеталь.

Чтобы взглянуть поближе, давайте вернемся к классу химии в средней школе. Не волнуйтесь, это не займет много времени. Мы начнем с первого дня, когда учитель задает вопрос: «Что такое полимеры?» Умный парень, сидящий впереди и изучающий древние языки для забавы, знает, что «поли» и «мер»-греческие слова для «многих частей», поэтому он заключает: Полимеры представляют собой длинные цепи более мелких молекул, соединенных вместе процессом, называемым полимеризацией, с молекулярными массами от сотен до сотен тысяч.

Полимерная структура

Длинные молекулярные цепи

Что имеется в виду под молекулярным весом? БольшеВажно, кого это волнует? Это должно заинтересовать всех, кто разрабатывает пластиковые детали. Молекулярная масса полимера определяет длину только что упомянутых «длинных цепей» и, следовательно, его физические свойства. Например, в то время как молекула водорода весит всего 1,01 г/моль (молярная масса), а молекула углерода весит 12,01 г/моль, одна молекула полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), которая представляет собой не что иное, как цепь из этих двух молекул, может весить 250 000 г/моль или более.

Будь то молекулы полиэтилентерефталата (ПЭТ) весом от 8000 до 31 000 г/моль или молекулы полистирола (PS) весом 400 000 г/моль, эти многоножки-подобные цепочки мономеров, которые являются строительными блоками полимеров, образуют аморфные или полукристаллические структуры.

Морфология полимеров

Аморфные полимеры имеют случайно расположенную/неупорядоченную цепную структуру. Ниже температуры стеклового перехода они твердые и хрупкие. При нагревании они медленно размягчаются и становятся кожистыми/резиновыми. Этот переход и есть стеклянный переход. При дальнейшем нагревании они постепенно плавятся (становятся формованными) после превышения Tg до температуры, при которой полимер начинает течь вязко. Обычными примерами аморфных полимеров являются твердые, жесткие материалы, такие как полистирол (PS) и полиметилметакрилат (PMMA), которые используются в их стекловидном состоянии и значительно ниже их температуры стекления.

Полукристаллические полимеры имеют высоко упорядоченные кристаллические области в дополнение к аморфным областям. Аморфные области демонстрируют только что описанные свойства. В полукристаллических материалах, с другой стороны, кристаллические области остаются высоко упорядоченными после превышения температуры стеклочения (Tg) и образуют структуру материала. По этой причине многие полукристаллические материалы могут быть использованы выше их Tg. Полукристаллические материалы, такие как полипропилен (PP), который имеет Tg около-20 ° C, используются выше Tg в таких приложениях, как садовая мебель, которая является прочной и гибкой в теплые летние месяцы, но может стать хрупкой в холодные зимы.

Термопластичные полимеры имеют поперечные связи, которые связывают их цепи вместе. Эти связи образуются между цепями, образуя одну большую молекулу. Подумайте об этом в следующий раз, когда вы возьмете шар для боулинга. Поперечное сшивание создает прочную цепную структуру, позволяющую использовать эластомерные материалы, такие как силикон, значительно выше их Tg. Другие термопластичные материалы обычно используются ниже их Tg и довольно жесткие, такие как фенолы. Поперечные связи образуют такие прочные связи между молекулярными цепями, что температура плавления термореактивных материалов выше температуры их разложения.

Преимущества и недостатки полимеров

Аморфные полимеры часто прозрачны (поликарбонат и акрил-два примера), а не непрозрачны, как и большинство полукристаллических материалов. Они, как правило, имеют лучшую стабильность размеров и с меньшей вероятностью деформируются во время процесса формования. Они, как правило, устойчивы к горячей воде и пару (думаю, сантехнические материалы) и имеют хорошую жесткость и ударопрочность. Как упоминалось ранее, они имеют тенденцию постепенно размягчаться при воздействии тепла.

Частично кристаллические термопласты имеют очень сильные молекулярные связи из-за их внутренней структуры. Это свойство делает их устойчивыми к агрессивным химическим веществам. Как и тефлон, многие из них имеют низкий коэффициент трения, что делает их хорошим выбором для несущих и износостойких поверхностей или там, где есть большая структурная нагрузка. Они также гораздо более устойчивы к усталости, чем аморфные полимеры. Они размягчаются при воздействии тепла, но могут использоваться выше их Tg, потому что кристаллические области сохраняют свою структуру до температуры плавления полимера.

Благодаря своей сшитой внутренней структуре термореактивные материалы обладают очень хорошей химической стойкостью, стабильностью размеров и термостойкостью. Термопластичные материалы варьируются от прозрачных до непрозрачных. Они могут быть эластомерными или жесткими. Они также могут использоваться выше и ниже их Tg и не имеют точки плавления.

Нет никаких сомнений в том, что мы имеем здесь дело со сложным вопросом. Мы надеемся, что эти технические замечания помогли внести немного больше ясности в эту предметную область.

Вы работаете надТочная обработкаПроект? Свяжитесь с нами по телефону + 86-0755-28025755 или sales@richconn.com.cn. -Мы всегда рады поговорить о полимерах.