聚合物的玻璃化转变温度

玻璃化转变温度(Tg)在塑料注射成型中的重要性


在设计零件时,有一个重要但经常被忽视的材料考虑 塑料注射成型. 它叫做Tg,玻璃化转变温度的缩写. 稍后金沙9999js将深入了解其背后的科学原理, 但是现在, 要知道,在一定的温度下,非晶态材料从玻璃态/刚性态转变为皮革态/橡胶态.

什么是玻璃化温度(Tg)?

玻璃化转变温度是指非晶态聚合物从硬/玻璃态转变为软/皮革态的温度, 反之亦然. 热重直接关系到材料的强度和性能,在任何给定的最终用途. 玻璃化转变温度与聚合物的机械性能有关. 这包括它的抗拉强度, 耐冲击, 弹性模量, 以及其工作温度范围, 你可以看到 图1.

玻璃化转变温度(Tg)图

图1:弯曲模量vs. 温度

非晶和. 半晶状的聚合物

聚合物分为两类:热固性聚合物和热塑性聚合物. 热塑性聚合物被进一步分为两大阵营之一 非晶 如聚碳酸酯(PC)和聚苯乙烯(PS)等 半晶状的 (聚丙烯和缩醛是两个例子).

为了拆开这块手表,有必要重温高中化学课. Don’t worry, though; it won’t take long. 金沙9999js将从第一天开始,当老师提出问题:什么是聚合物? 坐在前排为了好玩而学习古代语言的大脑互动体知道“poly”和“mer”在希腊语中是“许多部分”的意思,因此“聚合物是小分子通过聚合过程连接在一起的长链”, 其分子量在几百到几十万之间.“祝贺你.  

聚合物的结构

  热塑性塑料  热固性
   非晶  水晶 
 链结构  随机/无序  命令/稳定   交联
 熔点  无定义/逐渐软化  不同的/晶体分解  没有熔点
 收缩   低   高   低
 外观   透明的   不透明的   不同
 抗化学腐蚀  低  高  高
 例子   ABS、PC、PS  PP, PET,砰的一声  环氧树脂,光敏电阻

 

长分子链

但是分子量是多少呢? 更重要的是,谁在乎呢? 任何设计塑料零件的人都应该. 任何聚合物的分子量决定了刚才提到的“长链”的长度, 因此, 它的物理特性. 例如,一个氢分子“重量”只有1.1g /mol(摩尔质量)碳的质量为12.1克/摩尔, 一个高密度聚乙烯(HDPE)分子——也就是这两个分子的串联——的重量可以达到250磅,000克/摩尔或更多.

无论是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)分子8,000 to 31,或聚苯乙烯(PS)分子高达400,000克/摩尔, 这些类似蜈蚣的单体链是聚合物的基石,它们排列成非晶态或半晶态结构.

聚合物形态

非晶态聚合物具有随机/无序的链结构. 在Tg以下,它们又硬又脆. 当加热时,它们开始逐渐软化,变成皮革/橡胶. 这种转变就是玻璃转变. 继续加热,它们逐渐熔化(可塑), 通过Tg达到聚合物开始表现出粘性流动的温度. 无定形聚合物的常见例子包括硬聚合物, 刚性材料,如聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA), 它们在玻璃态下使用,并且远低于玻璃转变温度.

半结晶聚合物具有高度有序的结晶区和非晶态区.  非晶区域将表现出与刚才描述的相同的行为.  然而, 半晶状的材料, 一旦非晶态区域通过Tg,结晶区域保持高度有序,并为大块材料提供结构. 正因为如此,许多半晶体材料的用途远远超过Tg. 聚丙烯(PP)等半结晶材料, 其Tg值在-20°C左右,用于高于Tg值的应用,比如草坪家具,它们在温暖的夏季显示出韧性和柔韧性,但在寒冷的北方冬季会变得脆弱.

热固性聚合物通过交联将其链系在一起. 这些交联在链之间形成,将它们变成一个大分子. 下次你拿着保龄球的时候想想这个. 交联提供了坚固的链结构,使液体硅橡胶等弹性体材料可以在Tg以上使用. 其他热固性材料通常在Tg以下使用,而且非常坚硬,比如酚醛. 交联在分子链之间形成键,这种键非常强,热固性材料的熔点高于其分解温度.

聚合物的利弊

非晶态聚合物通常是透明的(聚碳酸酯和丙烯酸是两个例子),而不是像大多数半晶体材料那样不透明. 它们通常有更好的尺寸稳定性,在成型过程中不太可能翘曲. 它们通常能抵抗热水和蒸汽(想想管道材料),有良好的刚度和抗冲击强度. 正如之前所解释的,它们在受热后会逐渐软化.

半晶体热塑性塑料由于其内部结构,具有很强的分子键. 这一特性使它们能够抵抗化学攻击. 像聚四氟乙烯, 许多还提供低摩擦系数, 因此,它是轴承和磨损表面的良好选择,或在重载结构是一个关心. 它们也比无定形聚合物更耐疲劳. 它们在受热时会软化,但可以在Tg以上使用,因为结晶区域保持结构,直到聚合物的熔化温度.

热固性材料, 具有交联的内部结构, 具有良好的耐化学性, 尺寸稳定性, 和耐热性. 热固性的范围从透明到不透明,以及弹性到刚性.  它们可以在Tg以下或以上使用,而且没有熔点.


Tg用于普通模制塑料

材料 Tg(摄氏)
gpp -一般用途聚苯乙烯 100
HDPE -高密度聚乙烯 -120
液晶聚合物 120
液体硅橡胶 -125
PC(聚碳酸酯 145
PEEK - Polyetheretherketone 140
裴——Polyetherimide 210
PMMA -聚甲基丙烯酸甲酯 90
PP -聚丙烯(无规) -20
PPS—聚苯砜 90
事业单位-聚砜 190
SPS -共规聚苯乙烯 100



当然,这是一个复杂的话题. 金沙9999js希望这种相当技术性的解释有助于减少对该主题的混淆. 正在进行注塑项目吗? 拨打877-479-3680或 (电子邮件保护). 金沙9999js总是很乐意研究聚合物.