Агрегатные и фазовые состояния полимеров

Температура стеклования полимеров

Таблица 2. Cтеклование полимеров 

*В скобках указаны значения, реже встречающиеся в литературе.

https://youtube.com/watch?v=SqsnCjXcLXA

Что такое температура стеклования

Температура стеклования — это температура, при которой твердое стеклообразное состояние аморфного материала превращается в каучуковое состояние. Этот термин обсуждается в отношении полимерных соединений, поскольку полимеры, особенно термореактивные полимеры, могут подвергаться этому стеклованию. Краткосрочный для температуры стеклования Т.Г..

Стекловидное состояние термореактивного полимера очень твердое и жесткое. Эластичное состояние очень вязкое и податливое. Чистые кристаллические полимеры не имеют температуры стеклования. Только аморфные полимеры и полукристаллические полимеры показывают это свойство. Чистые аморфные полимеры имеют только температуру стеклования.

Факторы, влияющие на температуру стеклования

• Химическая структура полимера — основная структура, боковые группы, сшивание, полярность полимерной цепи и т. Д. Наличие громоздких боковых групп увеличивает tg, потому что громоздкие группы вызывают увеличение аморфной природы. Сшивание увеличивает tg, потому что сшивки ограничивают вращательное движение полимерных цепей.
• Молекулярный вес соединения — температура стеклования прямо пропорциональна молекулярной массе.
• Пластификаторы — это соединения, добавляемые в полимерный материал для улучшения свойств. Пластификаторы увеличивают tg благодаря уменьшению сил сцепления между полимерными цепями. Это увеличивает аморфную природу полимера.
• гибкость — гибкость обратно пропорциональна tg соединения.

Рисунок 01: Температура стеклования

Каждый полимер с аморфной структурой имеет свою уникальную температуру стеклования. Различные температуры стеклования разных полимеров позволяют использовать их для подходящих применений в зависимости от этого. Например, жесткий материал с более низкой температурой стеклования подходит для высокотемпературных применений.

Температура стеклования

Температура стеклования — одна из основных характеристик полимерных материалов. При температуре ниже температуры стеклования полимерный материал находится в более твердом и хрупком состоянии, при превышении данной тепературы он практически скачкообразно переходит в пластичное состояние. Также при этом резко возрастает температурный коэффициент расширения (ТКР) материала.

При выборе материала желательно, чтобы температура стеклования лежала вне рабочего диапазона и диапазона температурного воздействия при изготовлении устройства, что, однако, часто обеспечить не удается.

Свойство материала скачкообразно менять свои характеристики создает большие проблемы при проектировании многослойных печатных плат повышенной надежности для бессвинцовой технлогии, поскольку нагрев платы при пайке создает условия для изменения ТКР материала и, как следствие, для создания повышенных напряжений в области металлизированных отверстий.

Стеклообразное состояние — полимер

Стеклообразное состояние полимеров характеризуется структурой, возникающей при охлаждении полимеров, не успевших закристаллизоваться, но потерявших текучесть. В полимерах, находящихся в стеклообразном состоянии, могут совершаться колебательные движения атомов около положения равновесия; движения звеньев цепи и перемещения всей цепи не происходит.
 

Стеклообразное состояние полимеров, В стеклообразном состоянии находятся как линейные полимеры при температуре выше температуры стеклования, так и пространственные полимеры.
 

Для стеклообразного состояния полимеров характерны малые величины деформации при небольших напряжениях. Высокомолекулярные стекла приобретают хрупкость часто при температурах на много десятков градусов ниже температуры стеклования. Способность стеклообразных полимеров значительно деформироваться без разрушения и обусловливает возможность такого широкого применения их в технике.
 

Для стеклообразного состояния полимеров характерны малые деформации при небольших напряжениях. Высокомолекулярные стекла приобретают хрупкость часто при температурах на много десятков градусов ниже температуры стеклования.
 

Примером стеклообразного состояния полимера при температуре 20 С может служить полистирол — материал, из которого изготовляют большое количество корпусных деталей радиотехнического назначения; высокоэластического состояния — каучук, вязкотекучего — поли-изобутилен.
 

Для стеклообразного состояния полимеров характерна фиксация случайного взаимного расположения макромолекул в момент охлаждения. При достаточно большой жесткости полимерных цепей ( с большими по размерам сегментами) создаются определенные затруднения для их перегруппировки, и поэтому молекулы в таких стеклообразных полимерах менее плотно упакованы. Следствием этого является сохранение некоторой подвижности сегментов, что выражается в наличии определенной деформации и упругости при механическом воздействии. При очень большой гибкости полимерных цепей ( каучуки) плотность упаковки высокомолекулярных соединений мало отличается от плотности упаковки низкомолекулярных веществ, и эта особенность стеклообразного состояния выражена слабо или совсем не проявляется.
 

Для стеклообразного состояния полимеров характерны механизмы разрушения хрупких тел.
 

При стеклообразном состоянии полимера нагрузка вызывает незначительную упругую деформацию, и ее величина практически не зависит от продолжительности действия нагрузки; после снятия нагрузки тело сразу же восстанавливает первоначальную форму. Время релаксации мало, а энергия теплового движения в данном температурном интервале еще недостаточна для свободного перемещения сегментов.
 

Для температурной области стеклообразного состояния полимера увеличение степени кристалличности уменьшает сопротивление сдвигу и равномерному отрыву, а для температурной области высокоэластического состояния — увеличивает.
 

Первый участок отвечает стеклообразному состоянию полимеров. Деформация в этой области носит упругий гу-ковский характер и практически не изменяется с увеличением температуры вплоть до температуры стеклования.
 

Применение

Температура стеклования является важным параметром, определяющим эксплуатационные свойства прежде всего полимеров. Главные из них – это теплостойкость для пластиков и морозостойкость для эластомерных материалов.

Для реактопластов, в случае, если известна температура стеклования термореактивного связующего, то по фактическому значению этого параметра у сшитого образца можно понять завершена ли реакция отверждения или нет.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на         

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на               

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Вернуться к списку терминов

Повышение — температура — стеклование — полимер

Повышение температуры стеклования полимера с ростом молекулярной массы объясняется в основном увеличением его плотности за счет повышения концентрации в нем химических связей, образующихся в процессе полимеризации.
 

На рис. 14 показано повышение температуры стеклования полимеров диметилбутадиена.
 

Такая модификация, вероятно, будет приводить к повышению температуры стеклования полимера и в то же время к ухудшению механических свойств полимера из-за увеличения жесткости цепи. Последнее обстоятельство в значительной степени ограничивает интерес исследователей к полиме-таллосилоксанам как к термостойким материалам.
 

Рост числа узлов пространственной сетки в полимере сопровождается повышением температуры стеклования полимера.
 

Из рис. 6 видно, что введение в смолу активных добавок приводит к повышению температуры стеклования полимера со 150 до 180 С и уменьшению деформируемости; углубление же конденсации модифицированного полимера начинается при более высокой температуре и протекает несколько медленнее.
 

Двф пред ( преД — предельная концентрация кислорода в полимере) увеличивается с повышением температуры стеклования полимера Гст. Однако для молекул типа поливинилового спирта Р минимальна, что связано с наличием водородных связей, которые препятствуют диффузии молекул газа.
 

Данные этих и многих других работ, несмотря на большой разброс, а в некоторых случаях и противоречивые результаты, позволяют сделать заключение, что при наполнении происходит уменьшение плотности полимера и разрыхление его структуры, которое сопровождается повышением температуры стеклования и уменьшением подвижности цепей. Эти наблюдения находятся в противоречии с данными о повышении температуры стеклования полимеров при увеличении плотности полимера под действием гидростатического давления и в настоящее время трудно объяснимы. Если бы происходило ограничение подвижности молекул около поверхности наполнителя, которое не может распространяться равномерно на всю массу полимера, следовало бы ожидать появления двух температур стеклования, как это характерно для двухфазных систем, или, по крайней мере, значительного расширения облает стеклования.
 

Данные этих и многих других работ, несмотря на большой разброс, а в некоторых случаях и противоречивые результаты, позволяют сделать заключение, что при наполнении происходит уменьшение плотности полимера и разрыхление его структуры, которое сопровождается повышением температуры стеклования и уменьшением подвижности цепей. Эти наблюдения находятся в противоречии с данными о повышении температуры стеклования полимеров при увеличении плотности полимера под действием гидростатического давления и в настоящее время трудно объяснимы. Если бы происходило ограничение подвижности молекул около поверхности наполнителя, которое не может распространяться равномерно на всю массу полимера, следовало бы ожидать появления двух температур стеклования, как это характерно для двухфазных систем, или, по крайней мере, значительного расширения области стеклования.
 

Наличие даже редко расположенных полярных групп увеличивает межмолекулярное взаимодействие и повышает температуру стеклования. Так, полихлоропрен имеет температуру стеклования примерно — 40 С. Увеличение числа полярных групп-вызывает повышение температуры стеклования полимера.
 

Температура стеклования 1 2-полибутадиена близка к 0 С, а температура стеклования 1 4-полибутадиена ( цис — или транс-структуры) равно примерно — 100 С. Из этого вытекает необходимость синтеза полимера с минимальным количеством 1 2-звеньев. Полибутадиен, построенный только из нс-1 4-звеньев, начинает кристаллизоваться при температуре около 0 С. Поэтому наиболее полное использование эластических свойств г ис-полимера при температуре ниже 0 С возможно лишь при введении в цепь некоторого количества других звеньев, препятствующих кристаллизации, причем предпочтительнее введение в цепь транс — 1 4-звеньев, поскольку это не связано с повышением температуры стеклования полимера.
 

Кристаллическое состояние полимеров

Многие полимеры могут существовать в кристаллическом фазовом состоянии. Так, полиэтилен, полипропилен, натуральный каучук, отдельные эфиры целлюлозы, полиамиды могут образовывать микроскопические кристаллы.

В кристаллическое состояние полимеры переходит из жидкого (расплав, раствор) при понижении температуры. Кристаллизация протекает п результате фиксации положения отдельных сегментов и возникновения элементов дальнего трехмерного порядка в их расположении.
 

Литература

1. Энциклопедия полимеров.. М., Советская энциклопедия. Т. 1, 1972, Т. 2, 1974, т. 3, 1977.
2. Бранцхин E. А., Шульгина Э. С., Технология пластических масс. М., Химия, 1974

Разница между температурой стеклования и температурой плавления

Определение

Температура стеклования: Температура стеклования — это температура, при которой твердое стеклообразное состояние аморфного материала превращается в каучуковое состояние.

Температура плавления: Температура плавления — это температура, при которой твердый материал превращается в жидкую форму.

переход

Температура стеклования: Температура стеклования описывает переход состояния стекла в состояние резины.

Температура плавления: Температура плавления описывает переход твердой фазы в жидкую фазу (фазовый переход).

Вещества

Температура стеклования: Температура стеклования может наблюдаться в аморфных и полукристаллических соединениях.

Температура плавления: Температура плавления может наблюдаться в кристаллических веществах.

факторы

Температура стеклования: Температура стеклования зависит главным образом от химической структуры вещества.

Температура плавления: Температура плавления зависит главным образом от химической связи молекул в веществе и внешнего давления.

Заключение

Температура стеклования может наблюдаться в аморфных и полукристаллических полимерных соединениях. Температура плавления может наблюдаться в кристаллических соединениях. Но основное различие между температурой стеклования и температурой плавления заключается в том, что температура стеклования описывает переход состояния стекла в резиновое состояние, тогда как температура плавления описывает переход твердой фазы в жидкую фазу.

Стеклование полимеров

Точное определение температуры стеклования затруднено из-за разброса параметров материалов и применения различных методик. Так температура стеклования эпоксидных смол, применяемых для производства материала FR-4, по разным данным лежит в пределах от 110 до 190°C; типовыми значениями считаются 135…140°C для обычного материала и 175…180°C для материалов с повышенными характеристиками

Поэтому при выборе материала необходимо обращать внимание на характеристики конкретной марки

Таблица 1. Температура начала стеклования (темперавтура начала расплавления)

Физические состояния полимеров

Известны три основных агрегатных состояния веществ — твердое, жидкое и газообразное. В основу такой классификации положена способность тел сохранять свой объем и форму, а также способность сопротивляться воздействию внешних сил. Цепное строение и гибкость макромолекул ответственны за то, что полимеры могут находиться только в жидком или твердом агрегатном состоянии.  Газообразное состояние для них невозможно.

С термодинамической точки зрения различают фазовые состояния вещества. Обычно различают кристаллические, жидкие и газообразные фазы. Кристаллические фазы характеризуются дальним порядком в расположении атомов или молекул, образующих фазу, жидкие фазы — ближним порядком, а газообразные — отсутствием порядка в расположении атомов и молекул.

Для аморфного полимера различают три физических состояния — стеклообразное, высокоэластическое и вязкотекучее

Каждое физическое состояние характеризуется определенным комплексом деформационных свойств, знание которых очень важно как при переработке полимеров, так и при эксплуатации изделий из них, Из одного физического состояния в другое полимер переходит при изменении температуры. Изменение температуры влияет на запас тепловой энергии макромолекул (микроскопические свойства) и вызывает изменения в механических свойствах полимеров (макроскопические свойства)

Все три физических состояния высокомолекулярных линейных аморфных полимеров можно наблюдать, снимая термомеханическую кривую, показывающую деформации от температуры. Каждое физическое состояние имеет свою природу и особенности.