塑膠物語: 玻璃化溫度

玻璃轉移溫度 ... 玻璃形成問題是熔體在冷卻過程中何以不結晶的問題。

... 到玻璃化溫度點Tg (Glass Transition Temperature) 以下﹐就固化成為玻璃﹐ ...     2004 IKE23-02004IKE23-0上一主題下一主題  塑膠物語: 玻璃化溫度 │ Principle  │ Introduction  │ Basic  │ │  glassformationandtransition;Tg;glassystate;rubberstate;melting point; │ 玻璃轉移溫度 PlasTerm Figure.PlasTerm  ..黃熙懷   由熔體冷卻制得的非晶態材料常稱為玻璃。

玻璃形成問題是熔體在冷卻過程中何以不結晶的問題。

但這只有相對意義﹐因為與製品冷卻速率﹑厚薄有很大關係。

一般認為﹐玻璃形成是因為物質黏度在熔點處大﹐且隨溫度下降增加很快﹐質點來不及重排成為晶體﹐當冷到玻璃化溫度點 Tg(GlassTransitionTemperature) 以下﹐就固化成為玻璃﹐保持其高溫的無定形結構。

最早對玻璃形成問題進行系統研究的是G. 塔曼。

他的結論是﹐玻璃的形成係由於過冷液體晶核形成速率最大時的溫度比晶體生長速率最大時的溫度為低。

在液體冷卻過程中﹐當溫度下降到晶體生長速率最大時﹐由於晶核形成速率低﹐只有少數晶核生長﹔而當溫度繼續下降到晶核形成速率最大時﹐由於晶體生長速率低﹐晶核沒有長大的可能﹐因而成為玻璃。

目前關於玻璃形成的理論甚多﹐主要有 動力學理論和結構化學理論 二種。

玻璃形成的動力學理論是 D.特恩布耳﹑D.R.烏爾曼等發展起來的﹐他們應用晶核形成﹑晶體生長及相變動力學理論研究玻璃形成問題﹐導出熔體以多快速率冷卻方才可以避免析晶的結論。

根據這個結論﹐只要冷卻速率足夠快﹐除純金屬﹑稀有氣體的液體外 ﹐所有液體都有可能冷卻成為玻璃。

關於形成玻璃的有利條件﹐概括起來有﹕晶核形成的熱力學勢壘大﹐液體沒有成核雜質﹔結晶的動力學勢壘大﹔在黏度﹑溫度關係相似的情況下﹐熔點(或液相溫度)低﹔結晶要求溶質有較大的重新分配。

玻璃形成的結構化學理論從結構化學﹐即從物質的鍵性﹑鍵強﹑分子大小及原子排列方式等方面分析﹐在什麼條件下結晶所需克服的勢壘較大。

結論是﹕由離子－共價鍵所組成的大分子化合物容易形成玻璃﹔成分相同的共價大分子化合物﹐鍵強大者容易形成玻璃﹐在熔點附近有大分子結構者容易形成玻璃。

這兩個理論是互相貫通的。

前者適宜於確定物質形成玻璃所需的動力學條件﹔後者適宜於分析物質形成玻璃的傾向。

熔體從液態轉變到玻璃態稱為玻璃化轉變﹐有力學和結構兩種玻璃化轉變。

轉變是逐漸進行的﹐轉變點隨比熱容﹑冷卻速率而異。

熱物理性能 主要是轉變和鬆弛現象﹐這是分子運動的反映。

在溫度或時間(頻率)坐標上﹐非晶高聚物顯示了玻璃態﹑黏彈轉變區﹑橡膠態(高彈態)和流動態的轉變。

高分子模量對數值logG與溫度T  或時間對數值logt的關係曲線 橡膠態轉變為玻璃態的溫度稱為玻璃化溫度﹐以Tg 表示。

值隨測試頻率的增高而提高﹐顯示出鬆弛特徵。

結晶高聚物經加熱後可以熔融﹐這時的轉變溫度稱為熔融溫度﹐以 Tm 表示。

這種轉變在熱力學上屬一級相變﹐Tg和Tm 這兩個特徵溫度具有基團加和性﹐即高分子結構基團對Tg和Tm 的貢獻可用基團的摩爾函數進行加和。

本篇技術文件重要圖表資料 IKE-Figure:高分子模量與溫度或時間的關係曲線 回到頁首　　意見信箱:PIKE.版權所有，未經授權，嚴禁轉貼節錄　　更新期別:2004IKE23-0.Date:2004/6/18.　　塑膠工業技術發展中心PlasticsIndustryDevelopmentCenter　　Phone:886-4-2359-5900Fax:886-4-2359-5855　　poweredbyTechInfo@PIDC,PIKETeam