Glasübergangstemperatur

Beim Überschreiten der Glasübergangstemperatur TG wandelt sich ein festes Glas oder Polymer in eine gummiartige bis zähflüssige Schmelze um. Bei amorphen Meterialien spricht man von der Glastemperatur und bei anorganisch-nichtmetallischen Gläsern von der Transformationstemperatur.

Bildung und Eigenschaften

Ein Glas bildet sich, wenn eine Flüssigkeit schneller abkühlt, als sich Kristallisationskeime bilden können. Dies geschieht besonders leicht bei asymmetrischen Molekülen und viskosen Flüssigkeiten. Gläser werden z.B. von den in der Umgangssprache darunter verstandenen anorganischen Gläsern – wie dem Fensterglas – gebildet, aber auch von organischen Gläsern wie z.B. amorphen <Kunststoffen.

Bei Polymeren beruht der Glasübergang von der Schmelze in den festen Zustand auf dem "Einfrieren" von Kettensegmenten.

Bei amorphen Kunststoffen trennt der Glasübergang den unterhalb liegenden „sprödenenergieelastischen Bereich (Glasbereich) vom oberhalb liegenden „weichen“ entropieelastischen Bereich (gummielastischer Bereich). Der Übergang in den Fließbereich (Bereich plastischer Verformung) ist fließend.

Teilkristalline Kunststoffe (viele gebräuchliche Kunststoffe weisen einen kristallinen Anteil von 10 bis 80 % auf) besitzen sowohl eine Glasübergangstemperatur, unterhalb derer die amorphe Phase einfriert (einhergehend mit Versprödung), als auch eine Schmelztemperatur, bei der sich die kristalline Phase auflöst. Die Schmelztemperatur trennt den entropieelastischen Bereich deutlich vom Fließbereich.

Ein Glasübergang ist kein Phasenübergang 1. Ordnung und daher auch nicht mit einer exakten Temperatur verknüpft, wie bei Kristallen. Je nachdem, auf welcher Zeit- und Längenskala bzw. Bewegungsmode der molekularen Dynamik die verwendete Messmethode (s.u.) empfindlich ist, variiert der gefundene Wert systematisch. Exakterweise muss daher zu jeder Glasübergangstemperatur die verwendete Messmethode angegeben werden. Allerdings ist die Abweichung typischerweise nur einige Kelvin groß, da die Bewegungsmoden stark miteinander gekoppelt sind (alle frieren im gleichen Temperaturbereich ein).

Messung

Die Glasübergangstemperatur kann u.a. mit Hilfe folgender Methoden gemessen werden:

Einsatztemperatur von Kunststoffen

Ob ein Kunststoff oberhalb oder unterhalb seiner Glasübergangstemperatur verwendet werden kann, hängt von der Art des Kunststoffs ab (dabei ist zu beachten, dass die Glasübergangstemperatur eines Kunststoffes bzw. Elastomers mit seiner Vernetzungsdichte steigt, d.h. die Glasübergangstemperatur eines Duroplasts ist deutlich höher als die eines Thermoplasts):

Siehe auch

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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 24.03. 2019