高分子材料熱性能一直是材料性能的重要參數,決定材料的用途,還能夠用于工業質量控制及産品研發。
一般而言,玻璃化轉變溫度是熱塑性塑料的使用上限溫度,是橡膠或者彈性體的使用下限溫度。
結晶聚合物與非結晶聚合物區别
非晶态聚合物,又稱無定性聚合物,分子形狀、分子相互排列為無序狀态的高分子,對于無定形、非結晶性聚合物而言,非結晶太等同于無定形态。
結晶态高分子聚合物規則排列區域稱為晶區,無序排列區域稱為非晶區,晶區所占的百分比稱為結晶度,通常結晶度在80%以上的聚合物稱為結晶性聚合物 。
大多數聚合物都存在着結晶部分、非結晶部分,結晶部分與非結晶部分的比例稱為結晶度。
一般,玻璃态向高彈态的轉變叫做玻璃化轉變,形态轉變過程的溫度區間稱為玻璃化溫度(Tg);高彈态向粘流态轉變,轉變過程區間溫度,稱為粘流溫度(Tf)。
通常,無定型的非晶聚合物通常隻有一個玻璃化轉變溫度;對于結晶聚合物,存在一個熔點(Tm)和一個典型的玻璃化轉變溫度,因為結晶聚合物通常不能夠達到百分百結晶,其中含部分無定型部分。
玻璃化轉變溫度(Tg)的計算與測定
單體玻璃化溫度可以在工具書中查閱,均聚物中可以采用FOX公式獲得Tg計算值。
玻璃化轉變溫度的計算與實際溫度存在着一定偏差。
玻璃化轉變溫度測定主要方法:膨脹法、熱機械法、差示掃描熱法(DSC)、DTA法、動态力學性能分析(DMA)法、核磁共振法(NMR)。
差示掃描熱法(DSC)是最傳統、最常用的測量方法,測量試樣和參比物的功率差(熱流率)與溫度的關系,進而得到材料的玻璃化轉變溫度;動态機械分析法(DMA)是最為靈敏的方法,測量對試樣施加恒振幅的正弦交變應力,觀察應變随溫度或者時間的變化規律,從而計算力學參數用來表征彈性體一種方法;熱機械分析法(TMA):利用敏感性好的探針測量材料的膨脹系數,根據這種變化測量材料玻璃化轉變溫度。
玻璃化轉變溫度(Tg)影響主要因素
1、分子鍊柔順性:分子鍊柔性越大,玻璃化轉變溫度(Tg)越低;分子量剛性越大,則玻璃化轉變溫度(Tg)越高。
2、交聯:聚合物分子交聯,減少自由體積,分子鍊運動受阻,柔性降低,玻璃化轉變溫度(Tg)升高;
3、分子量:分子量小,該影響因素明顯。分子量超過一定程度,玻璃化轉變溫度(Tg)随分子量變化就不明顯了。
4、增塑劑:增塑劑對玻璃化轉變溫度影響較為明顯。玻璃化轉變溫度較高,加入增塑劑之後,玻璃化轉變溫度(Tg)明顯降低。
5、離子鍵:引入高分子鍊中,可以顯著提高玻璃化轉變溫度(Tg)。
玻璃化轉變溫度的産品應用
以丙烯酸樹脂玻璃化轉變溫度(Tg)為例,根據塗料品種、性能和特殊性能等綜合要求,具體情況如下:
Tg越高,塗抹越硬,抗劃傷性能越強,但是塗抹不能脆;同時,制漆後,塗膜表幹越好,溶劑釋放越快。與此同時,Tg越高,樹脂反應最終黏度越大,制漆後,耐溶劑、耐腐蝕性能越好。
1、面漆熱塑性塑料漆用樹脂的Tg一般高于70 ℃;底漆的塑料塗料用樹脂Tg可控制在45-60 ℃為宜;
2、電視機、手機、電腦等面漆用熱塑性丙烯酸金屬塗料樹脂Tg為90-110℃為宜;
3、ABS塑料塗料綜合性能要求高,丙烯酸樹脂Tg必須盡可能的高,一般在100-110 ℃為宜;PP塑料底漆改性熱塑性丙烯酸樹脂Tg以50-65 ℃為宜。
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