دمای انتقال شیشه ای چیست؟ پارامترهای اندازه گیری و روش های اندازه گیری!

1) نیروهای بین مولکولی

2) سختی زنجیره اصلی

3) پیوند شبکه ای (Cross Link)

4) گروه متصل به زنجیره اصلی

گروه های متصل به زنجیره اصلی، بسته به ماهیتشان می توانند دمای انتقال شیشه ای را کاهش یا افزایش دهند. اثر این گروه ها را می توان در دو دسته بندی کلی بررسی کرد:

گروه متصل بالکی

گروه متصل انعطاف پذیر

5) روان کننده (Plasticizer)

6) وزن مولکولی

بر اساس تئوریها و تعاریفی که برای دمای انتقال شیشه ای ارائه شده است،  روشهای اندازه گیری مختلفی هم برای دمای انتقال شیشه ای وجود دارد. میتوان طبق آنالیزهایی که در شکل بالا مشاهده میشود ، دمای انتقال شیشه ای را اندازه گرفت.

آنالیز اول : اندازه گیری حجم مخصوص

آنالیز دوم: اندازه گیری دمای انتقال شیشه ای با  ظرفیت گرمایی ویژه :

هنگامی که پلیمر به دمای انتقال شیشه ای میرسد، افزایش ناگهانی ظرفیت گرمایی ویژه در پلیمر دیده میشود. بر اساس همین تئوری میتوان دمای انتقال شیشه ای را مشاهده کرد.هنگامی که پلیمر از حالت شیشه ای و ترد و شکننده ،تبدیل به حالت رابری میشود، افزایش شدید و ناگهانی در ظرفیت گرمایی پلیمر دیده میشود. در شکل بالا میتوان دمای انتقال شیشه ای را مشاهده نمود.

آنالیز سوم: اندازه گیری ضریب انبساطی حرارتی

در دمای انتقال شیشه ای ،ضریب انبساط حرارتی هم ،همانند روش ظرفیت گرمایی ویژه ، افزایش ناگهانی از خودش نشان میدهد و همانطور که در شکل میبینیم اگر منحنی CTE بر حسب دما رسم شود،نقطه ای که افزایش ناگهانی CTE را مشاهده میکنیم، نشان دهنده دمای انتقال شیشه ای است.

دو مورد از آنالیزهای پرکاربردی که در دمای انتقال شیشه ای استفاده میشوند ، آنالیزهای DSC و و آنالیز DMTA هستند.

آنالیز چهارم: DSC

آنالیز DSC بر اساس افزایش ناگهانی ظرفیت گرمایی ویژه است در دمای انتقال شیشه ای ، که در این حالت با یک نمونه مرجع مقایسه میشود و این روش ، روش دقیق تری است برای محاسبه ی دمای انتقال شیشه ای است.

در این روش در دستگاه دو مورد نمونه تعبیه مییشود، که میبایست دمای هر دونمونه در هر زمان یکسان باشد، وقتی که پلیمر به دمای انتقال شیشه ای میرسد، افزایش ناگهانی ظرفیت گرمایی ویژه را مشاهده میکنیم، به خاطر همین این پلیمر برای اینکه با نمونه مرجع هم دما بشود، نیازمند دریافت گرمای بیشتری است و این دریافت گرمای بیشتر در منحنی به صورت یک تغییر شار حرارتی مشاهده میشود. ( نمودار سمت چپ در شکل بالا )

همانطور که در شکل بالا میبینیم این شار حرارتی در نقطه ی حدود 126 درجه، یک افت شدید از خودش نشان میدهد که به دلیل تغییری است که در ظرفیت گرمایی رخ داده است و پلیمر نیازمند جذب گرمای بیشتر است برای اینکه با نمونه مرجع هم دما بشود.

تست DSC پیک های دیگری هم ارائه میدهد، که به وسیله این پیکها میتوان رفتار پلیمر را بررسی کرد (نمودار سمت راست در شکل بالا)

افت اولی که در نمودار دیده میشود، مربوط به دمای انتقال شیشه ای است ، قله ی پیک در نمودار مربوط به کیریستالیزاسیون است و (TSE) این دما مربوط به کریستالیزاسیون است و هر چقدر ادامه پیدا میکند افت شار حرارتی مشاهده میشود تا اینکه در نقطه ی ذوب (melting) افت شدید مشاهده میشود که مربوط به دمای ذوب است.

آنالیز پنجم: DMTA

این آنالیز در رابطه با خواص مکانیکی پلیمرها و دمای انتقال شیشه ای بسیار پرکاربرد است و بر اساس افت ناگهانی مدول پلیمر است با عبور از دمای انتقال شیشه ای.

همانطور که گفته شد دردمای انتقال شیشه ای یک افت هزار برابری مدول را داریم و قله ی منحنی tan دلتا بر حسب دما و همچنین ناحیه ای که یک افت مدول را مشاهد میکنیم نشاندهنده ی  دمای انتقال شیشه ای آن پلیمر است.