Значение температуры плавления и температуры гласового перехода для полимеров

Температура стеклового перехода (glass transition temperature, Tg) — это температура, при которой стеклоподобные вещества переходят друг в друга между стекловым и высокоэластичным состояниями. Для аморфных полимеров, приложив к ним постоянную силу, наблюдают зависимость их деформации от температуры; такая кривая обычно называется кривой температурной деформации или термомеханической кривой. У аморфных полимеров существуют три механических состояния: стекловидное, высокоэластичное и вязко-потоковое. При низких температурах материал находится в состоянии твердого тела; он похож на стекло, и под действием внешних сил он деформируется лишь незначительно. Это и есть стекловидное состояние. Когда температура повышается до определенного уровня, деформация материала значительно увеличивается; в следующем диапазоне температур деформация остается относительно стабильной. Это и есть высокоэластичное состояние. При дальнейшем повышении температуры деформация снова увеличивается, и материал постепенно превращается в вязкую жидкость. В этом случае деформация уже не может быть восстановлена. Это и есть вязко-текучее состояние. Мы обычно называем переход между стекловидным и высокоэластичным состояниями процессом стеклования; температура, при которой происходит этот переход, называется температурой стеклования. Tg — это верхняя температура использования аморфных термопластов и нижняя температура использования каучука. Трансформация стекла проявляет себя как вторичная фазовая перестройка, при которой теплоемкость вещества изменяется постепенно. Но трансформация стекла на самом деле является динамической трансформацией. Следовательно, конкретное значение температуры преобразования стекла связано с скоростью изменения этой температуры. К распространенным стеклоподобным веществам относятся большинство полимерных материалов, стекло и т. д. Среди стеклоподобных веществ, имеющих важное промышленное применение, также есть стеклоподобные металлы и т. д.

Транзиция стеклования является врожденной характеристикой аморфных полимерных материалов; это макроскопическое проявление изменения способа движения молекул в полимере. Она напрямую влияет на эксплуатационные и технологические свойства материала, поэтому на протяжении долгого времени она оставалась одной из основных тем исследований в физике полимеров. Поскольку структура полимеров более сложна, чем у молекул с низкой молекулярной массой, их движение также является более сложным и разнообразным. В зависимости от способа движения молекул высокомолекулярных веществ, подавляющее большинство полимерных материалов могут находиться в одном из четырех физических состояний (или механических состояний): стекловидном, вязкоэластичном, высокоэластичном (каучуковом) и вязкопотоковом. Глазирование же представляет собой переход между высокоэластичным состоянием и стекловидным состоянием. С точки зрения молекулярной структуры, температура глазирования — это процесс расслабления аморфной части полимера из замороженного состояния в размороженное. В отличие от фазовых переходов, при глазировании не возникает тепла фазового перехода; поэтому это ни первичный, ни вторичный фазовый переход (в динамике полимеров это называется основным переходом). При температуре ниже температуры гласирования полимер находится в стекловидном состоянии: молекулярные цепи и их фрагменты не могут двигаться; лишь атомы (или группы), из которых состоят молекулы, колеблются в своих равновесных положениях. При температуре гласирования молекулярные цепи по-прежнему не могут двигаться, но фрагменты цепей начинают двигаться, что приводит к проявлению эластичных свойств. При дальнейшем повышении температуры все молекулярные цепи начинают двигаться, что приводит к проявлению вязкостных свойств. Температура стеклования (Tg) является важным физическим свойством аморфных полимеров. Это также важная проблема в основных теориях физики твердого состояния; кроме того, это связано с множеством актуальных проблем в области динамики и термодинамики. Теория стеклования постоянно развивается и совершенствуется. Начиная с теории свободного объема, появившейся в 1950-х годах, до более современных теорий, таких как теория модальных вихрей, все они позволяют решить лишь некоторые проблемы, связанные со стеклованием. Для создания полноценной теории стеклования необходимы дальнейшие усилия. Что касается аморфных полимеров, при приложении к ним постоянной силы можно наблюдать зависимость их деформации от температуры; эту кривую обычно называют кривой температурно-деформационных характеристик или термомеханической кривой. У аморфных полимеров существуют четыре механических состояния: стекловое состояние, вязкоэластичное состояние, высокоэластичное состояние и вязкотекучее состояние. При низких температурах материал находится в состоянии твердого тела; он похож на стекло, и под действием внешних сил он деформируется лишь незначительно. Это и есть стекловидное состояние. Когда температура повышается до определенного уровня, деформация материала значительно увеличивается; в следующем диапазоне температур деформация остается относительно стабильной. Это и есть высокоэластичное состояние. При дальнейшем повышении температуры деформация снова увеличивается, и материал постепенно превращается в вязкую жидкость. В этом случае деформация уже не может быть восстановлена. Это и есть вязко-текучее состояние. Мы обычно называем переход между стекловидным и высокоэластичным состояниями процессом стеклования; температура, при которой происходит этот переход, называется температурой стеклования.

Благодарю автора за объяснение основных понятий, связанных с температурой стеклования Tg. Я не специалист в области материаловедения, поэтому понимаю всё это довольно с трудом.