玻璃化轉(zhuǎn)變溫度
玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(glass transition temperature)是指非晶態(tài)聚合物或部分結(jié)晶聚合物中非晶聚合物中非晶相發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變所對應的溫度。


什么是玻璃化轉(zhuǎn)變?
玻璃化轉(zhuǎn)變是非晶態(tài)高分子材料固有的性質(zhì),是高分子運動形式轉(zhuǎn)變的宏觀體現(xiàn),它直接影響到材料的使用性能和工藝性能,因此長期以來它都是高分子物理研究的主要內(nèi)容。由于高分子結(jié)構(gòu)要比低分子結(jié)構(gòu)復雜,其分子運動也就更為復雜和多樣化。
根據(jù)高分子的運動力形式不同,非晶聚合物有四種物理狀態(tài)(或稱力學狀態(tài)):玻璃態(tài)、粘彈態(tài)、高彈態(tài)(橡膠態(tài))和粘流態(tài)。我們通常把玻璃態(tài)與高彈態(tài)之間的轉(zhuǎn)變,稱為玻璃化轉(zhuǎn)變;它所對應的轉(zhuǎn)變溫度即是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(玻璃化溫度)。
在溫度較低時,材料為剛性固體狀;與玻璃相似,在外力作用下只會發(fā)生非常小的形變,此狀態(tài)即為玻璃態(tài)。當溫度繼續(xù)升高到一定范圍后,材料的形變明顯地增加,并在隨后的一定溫度區(qū)間形變相對穩(wěn)定,此狀態(tài)即為高彈態(tài)。溫度繼續(xù)升高形變量又逐漸增大,材料逐漸變成粘性的流體,此時形變不可能恢復,此狀態(tài)即為粘流態(tài)。
從分子結(jié)構(gòu)上講,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是高聚物無定形部分從凍結(jié)狀態(tài)到解凍狀態(tài)的一種松弛現(xiàn)象,而不象相轉(zhuǎn)變那樣有相變熱,所以它是一種二級相變(高分子動態(tài)力學中稱主轉(zhuǎn)變)。
在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下,高聚物處于玻璃態(tài),分子鏈和鏈段都不能運動,只是構(gòu)成分子的原子(或基團)在其平衡位置作振動;而在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時分子鏈雖不能移動,但是鏈段開始運動,表現(xiàn)出高彈性質(zhì),溫度再升高,就使整個分子鏈運動而表現(xiàn)出粘流性質(zhì)。
玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)是非晶態(tài)聚合物的一個重要的物理性質(zhì),也是凝聚態(tài)物理基礎(chǔ)理論中的一個重要問題和難題,是涉及動力學和熱力學的眾多前沿問題。
玻璃態(tài)是一種熱力學上的非平衡態(tài),玻璃化轉(zhuǎn)變溫度并不是一個定值,而是一個轉(zhuǎn)變溫區(qū),往往隨測定方法和條件而變。因此,在標出某種材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時,必須注明測定的方法和條件。
影響玻璃化轉(zhuǎn)變的因素有哪些?
1.溫度:玻璃化轉(zhuǎn)變是溫度誘導的分子運動現(xiàn)場,因此溫度是影響玻璃化轉(zhuǎn)變的最主要因素。當溫度升高時,分子運動加劇,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也會相應提高。
2.分子結(jié)構(gòu):分子結(jié)構(gòu)對玻璃化轉(zhuǎn)變也有重要影響。例如,分子鏈的長度,剛性,柔性以及分子間作用力等都會影響玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
3.應力:應力也會影響玻璃化轉(zhuǎn)變,在應力作用下,分子鏈的排列和運動都會受到影響,從而導致玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的變化。
4.結(jié)晶度:結(jié)晶度高的材料在玻璃化轉(zhuǎn)變過程中需要更多的能量來克服分子間的相互作用,因此其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度會相應提高。
5.化學成分;化學成分也會影響玻璃化轉(zhuǎn)變,例如,不同化學成分的聚合物其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也會有所不同。
6.氣氛:氣氛對玻璃化轉(zhuǎn)變也有一定影響。例如氧氣和氮氣等氣氛對聚合物材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度影響不同。
綜上所述,玻璃化轉(zhuǎn)變受到多種因素的影響,包括溫度,分子結(jié)構(gòu),應力,結(jié)晶度,化學成分和氣氛等。這些因素之間相互作用,共同決定著玻璃化轉(zhuǎn)變的行為和性質(zhì)。
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