玻璃化转变温度Tg

玻璃化转变温度Tg <<高分子物理>>

姓名：刘玉萍

学号：51140606194

专业：高分子化学与物理

一、概述

对于非晶聚物，对它施加恒定的力，观察它发生的形变与温度的关系，通常特称为温度形变曲线或热机械曲线。非晶聚物有四种力学状态，它们是玻璃态、粘弹态、高弹态和粘流态。

玻璃化转变是高弹态和玻璃态之间的转变，从分子结构上讲，玻璃化转变温度是高聚物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象。在玻璃化转变温度以下，高聚物处于玻璃态，分子链和链段都不能运动，只是构成分子的原子(或基团)在其平衡位置作振动;而在玻璃化转变温度时分子链虽不能移动，但是链段开始运动，表现出高弹性质，温度再升高，就使整个分子链运动而表现出粘流性质。

二、Tg的主要影响因素

Tg是表征聚合物性能的一个重要指标，从分子运动的角度看，它是链段开始“冻结”的温度，因此: 凡是导致链段的活动能力增加的因素均使Tg下降, 而导致链段活动能力下降的因素均使Tg上升。

①：主链结构为-C-C-、-C-N-、-Si-O-、-C-O-等单键的非晶态聚合物的Tg依次降低。

②：侧基为极性取代基时，取代基极性越大则Tg越高：为非极性取代基时，取代基的体积越大则Tg越高。

③：当分子量较低时，Tg随分子量增加而增加；当分子量达到某一临界值时，Tg→Tg(∞)，不再随分子量改变。

④：升温速率（降温速率）：升温（降温）速率越快，测得的Tg越高。

⑤：此外，增塑剂、共聚、交联、结晶等都对聚合物的Tg产生影响。

三、测试方法

原理:利用高聚物在发生玻璃化转变的同时各种物理参数均发生变化的特性进行测定。主要的测试方法有：①热-机械曲线法②膨胀法③电性能法④DTA法⑤DSC法值得注意的是对同一样品来说不同的测试方法会产生不同的测试结果［1］

以玻纤增强尼龙66、高密度聚乙烯为样品，分别采用差示扫描量热法和热膨胀法测试了样品的玻璃化转变温度。

由图2可知，玻纤增强尼龙66的Tg(取图l中的c点温度作为Tg)为48.9 ℃同样，通过DSC法测得高密度聚乙烯的Tg为68.2 ℃。

由图3可以得到，玻纤增强尼龙66的Tg为50.9 ℃，同样，通过热膨胀法得到高密度聚乙烯的Tg为-65.0 ℃。因

此材料的Tg随测试方法、测试条件的不同而变化，采用不同的测试方法所得的Tg结果之间不具有可比性，在说明某种材料的Tg时，应注明所采用的测试方法和测试条件。四、在Tg状态下的应用

玻璃化转变温度是高分子聚合物的特征温度之一。以玻璃化温度为界，高分子聚合物呈现不同的物理性质：在玻璃化温度以下，高分子材料为塑料；在玻璃化温度以上，高分子材料为橡胶。从工程应用角度而言，玻璃化温度是工程塑料使用温度的上限，是橡胶或弹性体的使用下限。

例如：

异戊橡胶是替代天然橡胶最好的一种合成橡胶［2］。

随着我国橡胶需求量的不断扩大和天然橡胶价格的不

断高涨，加之国内碳五资源日益丰富，为异戊橡胶产业

化提供了充分的条件。国内企业采用稀土催化剂生产异

戊橡胶，进口异戊橡胶则基本采用钛系催化剂生产。

胎面胶的耐寒性与玻璃化转变温度相关，其值越低，耐寒性越好天然橡胶和异戊橡胶的玻璃化转变温度如图3-2所示，从图中可以看出两种异戊橡胶的Tg度都略高于天然橡胶，但相差不大，所以是可以考虑用异戊橡胶替代天然橡胶的。

小结：

玻璃化转变是非晶态高分子材料固有的性质，是高分子运动形式转变的宏观体现，它直接影响到材料的使用性能和工艺性能，因此长期以来它都是高分子物理研究的主要内容。同时玻璃化转变温度(Tg)也是凝聚态物理基础理论中的一个重要问题和难题，是涉及动力学和热力学的众多前沿问题.玻璃转变的理论也一直在不断的发展和更新。

参考文献：

［1］张霞. 王从科. 玻璃化转变温度测试方法对测试结果的影响［J］. 工程塑料应用，2012,40(7)，68-71

［2］杨青.国产稀土异戊橡胶的微观结构、基本性能及其在轮胎胎面胶的应用研究［D］.北京：北京化工大学，2012