دمای انتقال شیشه

دمای انتقال به شیشه (به انگلیسی: Glass transition temperature) دمایی است که در آن هنگام گرم کردن، رفتار شیشه از حالت الاستیک به حالت ویسکوالاستیک تبدیل می‌شود. این دما با تغییر ناگهانی در ضریب انبساط حرارتی ماده مشخص می‌شود.[۱]

نمودار حجم مخصوص بر حسب دما (V-T) را در نظر بگیرید. همانطور که در شکل نشان داده شده است، این نمودار از نوع نمودارهای تحول-تغییر دما-زمان (TTT) برای یک شیشه است. هنگام خنک کردن مایع از دمای بالا ، ممکن است دو پدیده در نقطه انجماد (Tm) ، رخ دهد.

1) در صورت انجماد مایع و تشکیل جامد کریستالین ، یک تغییر ناپیوسته (ناگهانی) در حجم و در سرعت سرمایش (مربوط به گرمای انجماد) وجود دارد.

نمودار تغییرات حجم بر حسب دما نشان دهنده دمای انتقال به شیشه[۲]

2) در صورت عدم تبلور ، مایع به حالت فوق سرد منتقل می شود و حجم با همان سرعت ،بالاتر از Tm کاهش می یابد.

در دمای انتقال شیشه (Tg) ، شیب منحنی کاهش می یابد تا به شیب جامد کریستالی، نزدیک شود. این شکست در منحنی سرمایش ، عبور از حالت یک مایع فوق سرد شده به یک شیشه را نشان می دهد. در دماهای پایین تر از Tg ساختار شیشه خیلی سریع تثبیت نمی شود، زیرا جامد است. در منطقه Tg ویسکوزیته در حدود dPa.s 1013 است. ضریب انبساط برای حالت شیشه ای معمولاً تقریباً مشابه با جامد کریستالی است. اگر از سرعت های سرمایش آهسته تری استفاده شود، به طوری که زمان برای استراحت ساختار افزایش یابد ، مایع فوق سرد شده تا دماهای پایین تری وجود دارد  و شیشه حاصل ممکن است چگالی بالاتری داشته باشد، همانطور که در شکل 21.1 نشان داده شده است. فیزیک شیشه مفهوم تردی را بررسی می کند. این در واقع یک خاصیت مایعات تشکیل دهنده شیشه در دماهای بالاتر از Tg است و به مقدار استحکام پیوند بین اتمی وابسته است.[۲]

همچنین همه پلیمرها دارای دمای انتقال به شیشه هستند.به طور معمول هنگامی این اتفاق می افتد که پنجاه درصد کربن های موجود در ساختار در امتداد زنجیره مولکولی به طور هماهنگ حرکت کنند. به طور عملی تر ، آن را به عنوان محدوده ای از درجه حرارت که در آن ساختار مولکولی از یک جامد شکننده به یک جامد انعطاف پذیر یا لاستیک تبدیل شده است تعریف می کنند.پلیمرهای گرمانرم معمولاً دارای دو نوع مورفولوژی هستند:

1) پلیمرهای آمورف : مانند PVC ، ABS و پلی کربناتها ،که فاقد ساختار کریستالی یا نظم بلوری مشخص هستند.پلیمرهای گرما نرم شونده آمورف و اصولا همه پلیمرهای گرماسفت شونده فقط یک انتقال ترمودینامیکی دارند ،که انتقال به حالت شیشه ای میباشد.پلیمرهای گرما نرم شونده، با افزایش درجه حرارت بالای (Tg) نرم و نرمتر می شوند.

2)پلیمرهای کریستالین :این پلیمرها در دماهای بالای دمای Tg دارای ساختار منظم هستند.همانگونه که در جدول روبرو مشاهده میشود،سطح بلورینگی از حدود 30٪ برای پلی اتیلن ترفتالات تا 70٪ برای پلی پروپیلن ، متفاوت است.ساختار مولکولی یک پلیمر کریستالی در بیشتر قسمتها ، توسط ساختار بلوری یا مورفولوژی آن دیکته شده است.به عنوان نمونه ، پلی اتیلن دارای دمای انتقال شیشه در حدود منفی 100 درجه سلسیوس و دمای ذوبی در حدود 135 درجه سلسیوس میباشد. ساختار کریستالی پلی اتیلن به آن اجازه می دهد تا شکل خود را در دمای آب جوش یا بیش از 200 درجه سانتی گراد بالاتر از Tg خود حفظ کند.[۳]

جدول 1[۴]


منابعویرایش

  1. ASTM standard c 162,Standard Terminology of Glass and Glass Products. کاراکتر line feed character در |عنوان= در موقعیت 44 (کمک)
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ Barry C. C., Grant N. M,Ceramic Materials: Science and Engineering.
  3. R.J. Crawford, James L. Haber,Rotational molding technology.
  4. Martin Wagner,Scott Lambert,Freshwater Microplastics : Emerging Environmental Contaminants.