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玻璃化转变温度(Tg)的妙用

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发表于 2019-1-10 10:44:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
高分子材料热性能是高分子材料与热或温度相关的性能总合。它包括诸多方面,例如各种力学性能的温度效应、玻璃化转变、黏流转变、熔融转变以及热稳定性、热膨胀和热传导等。是高分子材料热性能一直是材料性能的重要参数,决定材料的用途,还能够用于工业质量控制及产品研发。一般而言,玻璃化转变温度是热塑性塑料的使用上限温度,是橡胶或者弹性体的使用下限温度。
1、结晶聚合物与非结晶聚合物区别
非晶态聚合物,又称无定性聚合物,分子形状、分子相互排列为无序状态的高分子,对于无定形、非结晶性聚合物而言,非结晶太等同于无定形态。
结晶态高分子聚合物规则排列区域称为晶区,无序排列区域称为非晶区,晶区所占的百分比称为结晶度,通常结晶度在80%以上的聚合物称为结晶性聚合物。
大多数聚合物都存在着结晶部分、非结晶部分,结晶部分与非结晶部分的比例称为结晶度。
2、高聚物玻璃态、高弹态、粘流态及Tg
高聚物在一定恒定压力下,制品的形变状态与温度变化的关系。低温区间,高聚物呈刚性,与外力作用形变很小,状态类似玻璃,称为玻璃态;升温至特定区间,与外力作用下形变明显且一定温度区间随温度升高,形变变化相对稳定,称为高弹态;温度升高至高聚物形成粘性流体,形变不能恢复,称为粘流态。
一般,玻璃态向高弹态的转变叫做玻璃化转变,形态转变过程的温度区间称为玻璃化温度(Tg);高弹态向粘流态转变,转变过程区间温度,称为粘流温度(Tf)。
通常,无定型的非晶聚合物通常只有一个玻璃化转变温度;对于结晶聚合物,存在一个熔点(Tm)和一个典型的玻璃化转变温度,因为结晶聚合物通常不能够达到百分百结晶,其中含部分无定型部分。
3、玻璃化转变温度(Tg)的计算
单体均聚物玻璃化温度可以在工具书中查阅,均聚物中可以采用FOX公式获得Tg计算值。
玻璃化转变温度的计算与实际温度存在着一定偏差。
4、玻璃化转变温度测定主要方法
膨胀法、热机械法、差示扫描热法(DSC)、DTA法、动态力学性能分析(DMA)法、核磁共振法(NMR)。
差示扫描热法(DSC)是最传统、最常用的测量方法,测量试样和参比物的功率差(热流率)与温度的关系,进而得到材料的玻璃化转变温度;动态机械分析法(DMA)是最为灵敏的方法,测量对试样施加恒振幅的正弦交变应力,观察应变随温度或者时间的变化规律,从而计算力学参数用来表征弹性体一种方法;热机械分析法(TMA):利用敏感性好的探针测量材料的膨胀系数,根据这种变化测量材料玻璃化转变温度。
5、玻璃化转变温度(Tg)影响主要因素
(1)分子链柔顺性:分子链柔性越大,玻璃化转变温度(Tg)越低;分子量刚性越大,则玻璃化转变温度(Tg)越高。
(2)交联:聚合物分子交联,减少自由体积,分子链运动受阻,柔性降低,玻璃化转变温度(Tg)升高;
(3)分子量:分子量小,该影响因素明显。分子量超过一定程度,玻璃化转变温度(Tg)随分子量变化就不明显了。
(4)增塑剂:增塑剂对玻璃化转变温度影响较为明显。玻璃化转变温度较高,加入增塑剂之后,玻璃化转变温度(Tg)明显降低。
(5)离子键:引入高分子链中,可以显著提高玻璃化转变温度(Tg)。
6、玻璃化转变温度的产品应用
以丙烯酸树脂玻璃化转变温度(Tg)为例,根据涂料品种、性能和特殊性能等综合要求,具体情况如下:
Tg越高,涂抹越硬,抗划伤性能越强,但是涂抹不能脆;同时,制漆后,涂膜表干越好,溶剂释放越快。与此同时,Tg越高,树脂反应最终黏度越大,制漆后,耐溶剂、耐腐蚀性能越好。
1、面漆热塑性塑料漆用树脂的Tg一般高于70℃;底漆的塑料涂料用树脂Tg可控制在45-60℃为宜;
2、电视机、手机、电脑等面漆用热塑性丙烯酸金属涂料树脂Tg为90-110℃为宜;
3、ABS塑料涂料综合性能要求高,丙烯酸树脂Tg必须尽可能的高,一般在100-110℃为宜;PP塑料底漆改性热塑性丙烯酸树脂Tg以50-65℃为宜。
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