Glasövergången (Tg) är en reversibel fysisk övergång som inträffar när den amorfa delen av ett material värms upp eller kyls ned inom ett visst temperaturintervall. Om ett material kyls under sin glasomvandlingstemperatur blir det sprött som glas, medan det vid uppvärmning över Tg blir läderartat och sedan gummiaktigt. Att känna till de karakteristiska värdena för glasomvandlingen som glasomvandlingstemperatur Tg i K eller °C och delta cp värdet i J/g°C (= steghöjden på kurvan) är användbart för bestämning av det operativa temperaturområdet eller den amorfa halten i ett halvkristallint material.
Fysikaliska egenskaper som värmekapacitet, Cp, värmeutvidgningskoefficient (CTE) och lagringsmodul (G') förändras vid glasövergången. Figuren visar tre olika kurvor för polystyren (PS) som erhållits från DSC (Differential Scanning Calorimetry), TMA (Thermomechanical Analysis) och DMA (Dynamic Mechanical Analysis). Kurvan Cp bestämdes från en DSC-uppvärmningskörning vid 5 K/min. PS chockkyldes i förväg. CTE erhölls från den andra uppvärmningskörningen med en TMA, och modulen (G') bestämdes med en DMA-skjuvmätning vid 10 Hz.
 |
 |
Differentiell scanningkalorimetri (DSC) är en mångsidig mätteknik som används i många analyslaboratorier, både för QC och FoU. Den mäter värmeflödet i ett prov när det antingen värms upp, kyls eller hålls isotermiskt vid en konstant temperatur.
DSC är en populär metod för att bestämma glasövergången på grund av dess användarvänlighet och korta mättider.
En konventionell DSC täcker vanligtvis mätningar på upp till 700 °C. Men man kan även få bra resultat över 700 °C med en METTLER TOLEDO Thermogravimetric Analyzer/ Differential Scanning Calorimeter (TGA/DSC).
I exemplet med polyvinylklorid (PVC) visas att glasomvandlingstemperaturen och dess delta cp-värde är beroende av graden av klorering.
Standarder
En standard används för att tillhandahålla en jämförande norm som är både allmänt tillämpad och erkänd. Detta säkerställer att testresultat i produktions- och testprocesser som tillämpar samma standard är enhetligt jämförbara. Standarder kan - där det finns tillgängligt - ersätta metodvalidering inom analys, vilket krävs för kvalitetssäkring, ackreditering eller godkännande. Idag utförs standardisering inom termisk analys av många nationella och internationella organisationer, såsom ISO, ASTM, DIN och CEN.
Det finns många tillgängliga standarder som reglerar bestämning av glasövergång. Dessa standarder är ISO 11359-2, ISO 11357-2, EN 6032, ASTM E1356 eller ASTM D3418 för att bara nämna några.
Tips och råd
För den vanligaste tekniken DSC: Mätning av kvantitativa glasövergångsdata av god kvalitet är en utmanande uppgift för DSC. Det är dock en vanlig och användbar teknik eftersom det finns DSC-instrument, enkel provberedning, relativt kort mättid, god noggrannhet och enkel utvärdering med hjälp av kommersiell programvara.
Tips och råd för att erhålla bra data inkluderar:
- Stabilisera instrumentet före mätningen
- Använd aldrig den första mätningen efter att instrumentet har slagits på
- Kontrollera reproducerbarheten med hjälp av upprepade mätningar
- Genomsnittet av olika mätningar förbättrar noggrannheten
- Placera de rena deglarna exakt på sensorn
- Använd om möjligt deglar med endast en liten viktskillnad, <50 µg
- Rekommenderas: 40 µL degel; provmassa: 10 till 20 mg för organiska material
- Säkerställ god termisk kontakt mellan provet och degeln
Applikationer
Relaterade produkter
DSC (differentiell svepkalorimetri)
DSC (differentiell svepkalorimetri) mäter entalpier som är förknippade med omvandlingar och kemiska reaktioner samt fastställer temperaturen då dessa processer inträffar.
Termomekanisk analys (TMA)
Termisk utvidgningskoefficient fastställs exakt och precist med termomekaniska analysatorer med nanometer-upplösning från -150 toíll 1600 °C.
Dynamisk mekanisk analys (DMA)
Fastställa kraft- och förskjutningamplituder såväl som fasväxlingar med dynamiska mekaniska analysatorer.
VANLIGA FRÅGOR
Vilka huvudfaktorer påverkar glasövergången?
Härdnings-/tvärbindningsgrad, mjukgörare, kristallinitet och värmehistoria påverkar glasövergången.
Vilka är de typiska resultaten för glasövergång som erhålls från DSC-värmeflödeskurvan?
Glasövergångstemperatur, steghöjd, vilket motsvarar specifik värmekapacitet cp och bredd på glasövergången.
Varför är kunskap om glasomvandlingstemperaturen viktig?
- För bestämning av materialets maximala användningstemperatur
- För justering av processparametrar om materialet måste bearbetas i ett visst tillstånd
- För bestämning av härdningsgraden hos härdbara material
- För att avgöra om ett material är kristallint, amorft eller halvkristallint
Hur kan glasövergången bestämmas vid temperaturer över 700 °C?
Glasövergången kan mätas i ett högt temperaturområde med hjälp av en TGA/DSC.
Vilka är de känsligaste termiska analysteknikerna för att bestämma glasövergång?
Känsligheten för glasomvandling ökar i följande ordning: TGA/DSC, DSC, temperaturmodulerad DSC, TMA, Differential Load TMA (DLTMA) och slutligen DMA. Detta beror på den storleksordning i vilken den fysikaliska egenskapen ökar som mäts med respektive teknik.