Температура стеклования полимеров: подробное руководство

Температура стеклования полимеров

Проектирование литья пластмасс под давлением может учитывать все, но оно все равно будет неэффективным, если оно упускает из виду температуру стеклования полимеров. При выборе материала для пластиковых деталей эта особая температура стеклования, также называемая GT, является критическим фактором.

Это температура, ниже которой полимер затвердевает, а выше которой он размягчается. Поскольку эта точка отмечает изменение в эти материалы физические и механические свойства имеют первостепенное значение для каждого участника производства полимеров. 

ПролинТех знает и ценит эту науку и использует ее в качестве руководства при выборе материалов для литья пластмасс под давлением. В этом посте делятся идеями, которые определяют наши подходы к литью пластмасс под давлением. 

Давайте рассмотрим определение температуры стеклования и ее влияние на различные методы литья под давлением. 

Какова температура стеклования полимеров и имеет ли она значение при проектировании?

Температура стеклования является одной из критических термических точек для полимеров, включая термостойкий полимер На основе изменений температуры. Переходы характеризуются изменениями физических, механических свойств и удельного объема материала. 

На графике ниже показано, как изменяется температура в зависимости от удельного объема материала. 

Температура стеклования в зависимости от удельного объема

При температуре перехода стекло-жидкость полимер из твердого, стекловидного состояния становится мягким и резиноподобным. Это превращение сопровождается резким снижением механической жесткости. 

Влияние Tg на конструкцию и эксплуатационные характеристики полимера огромно. Оно влияет на различные аспекты процесса и продукта, включая механические свойства, физические свойства и параметры конструкции пресс-формы. 

Мы рассмотрим эти факторы более подробно позже. 

Во-первых, что такое полимер? 

Важно понимать, что такое полимер, чтобы прояснить значимость этого термического перехода. Эти элементы распространены во многих отраслях, включая автомобилестроение и строительство. Рассмотрим поликарбонатный люк автомобиля. Фактор стеклования поликарбоната имеет важное значение для производителя. 

Люк из поликарбоната на крыше автомобиля

Полимер — это материал, который может деформироваться и растягиваться под нагрузкой, но восстанавливать свое первоначальное состояние после снятия нагрузки. Полимеры производятся из комбинации мономеров в процессе, называемом полимеризацией. 

Существуют различные способы классификации полимеров, в том числе на основе:

1. Источник или возникновение 
2. Структура мономерной цепи
3. Молекулярные силы

Эти и другие классификации дают полимерам такие характеристики, как органические, неорганические и высокотемпературные полимеры. 

В чем разница между температурой стеклования и температурой плавления?

Стеклование и плавление — это два различных процесса, происходящих в материалах. 

Температура плавления — это температура, при которой происходит фазовый переход полимера. В случае полимеров это температура, при которой материал меняет фазу с кристаллической или полукристаллической на твердую аморфную. 

Плавление и стеклование 

Несмотря на эту разницу, обе температуры имеют значение в свойствах термического перехода полимеров. Они помогают нам определить рабочий диапазон различных полимеров, которые мы используем при проектировании и производстве продукции. 

Ниже приведена диаграмма температур плавления пластика, которая более наглядно отображает взаимосвязь между Tm и Tg. 

Основные факторы, влияющие на температуру стеклования полимеров

Хотя многие полимеры находятся за пределами температуры стеклования при нормальных комнатных условиях, эта тепловая точка, как правило, различна для каждого полимера. Это связано с тем, что задействовано несколько факторов. 

Поскольку мы стремимся развивать прочное партнерство для проектов по формованию, мы хотим, чтобы клиенты понимали, почему мы принимаем определенные решения по дизайну. Например, факторы, выделенные ниже, объясняют, почему мы предпочитаем определенные смолы. 

Основными факторами для температуры (Tg) являются:

Содержание влаги 

Увеличение содержания влаги усиливает образование водородных связей на основе полимерных цепей. В результате расстояние между цепями увеличивается и приводит к снижению температуры перехода газа. 

Уровень энтропии

AmorФосфорные материалы имеют более высокие значения энтропии, в то время как кристаллические материалы имеют более низкие значения. Поэтому температура перехода газа высока, если уровень энтропии высок.  

Давление и свободный объем 

Увеличение давления в окружающей среде приводит к повышению температуры газового перехода полимеров. Это связано с уменьшением свободного объема. 

Химическая структура 

Химическая структура включает в себя химическую сшивку, молекулярную структуру, молекулярную массу и полярные группы. 

Каждый из них влияет на температуру стеклования полимеров. Например, химическое сшивание обратно пропорционально температуре стеклования. Это происходит потому, что сшивание препятствует подвижности, следовательно, увеличивая Tg. 

Типы полимеров и их температура стеклования 

Как уже упоминалось, каждый полимер имеет различную температуру перехода стекло-жидкость. В большинстве случаев температура плавления полимеров (Tm) также выше комнатной температуры. Каучуки — уникальные полимеры, поскольку они ниже точки плавления при комнатной температуре. 

Полимеры, подвергающиеся Tg, подразделяются на аморфные, кристаллические и полукристаллические. 

Аморфные полимеры – низкая Tg

Молекулярная структура этих полимеров случайна. Из-за пробелов в полимерных цепях эти материалы имеют относительно низкую Tg. Хотя их точка плавления не определена четко, повышение температуры размягчает их, как видно по температуре стеклования. 

Популярными примерами аморфных полимеров являются акрилонитрилбутадиенстирол (АБС), полиметилметакрилат (ПММА), поливинилхлорид (ПВХ) и полистирол общего назначения (ПСОН). 

Изделия из АБС-пластика

Кристаллические полимеры для высоких характеристик

Они характеризуются хорошо организованной молекулярной структурой. Имея узкую точку плавления (Tm), эти полимеры не размягчаются при нагревании. Примерами являются полиоксиметилен (ПОМ), полиэфирэфиркетон (ПЭЭК) и полиэтилентерефталат (ПЭТ). 

Продукция из ПЭЭК

Полукристаллические полимеры с более высокой Tg

Молекулярная структура полукристаллических полимеров является как упорядоченной, так и случайной. Благодаря упорядоченным структурам движение полимерных цепей сдерживается. Вот почему полукристаллические полимеры имеют более высокую Tg. 

Примерами являются температура плавления полипропилена, ацеталя и нейлона. Температура стеклования нейлона составляет около 50°C. 

Изделие из нейлона

В таблице ниже приведены примеры полимеров с их температурами плавления и температурами стеклования. 

График Tm и Tg для некоторых полимеров

Из этого списка семи полимеров политетрафторэтилен (ПТФЭ) имеет самую высокую температуру стеклования. Беглый взгляд на свойства показывает, что материал имеет низкий коэффициент трения, нереактивен и является отличной изоляцией. 

Популярный фторполимер, тефлон, содержит значительное количество политетрафторэтилена. Поэтому определение температуры стеклования тефлона имеет решающее значение. 

Tg полиэтилена намного ниже, как и его точка плавления, которая немного выше комнатной температуры. Этот материал, особенно версия высокой плотности (HDPE), популярен благодаря своей химической стойкости, простоте обработки и гибкости. 

Эти два примера показывают, что Tg полимеров может различаться, как и свойства. Суть определения этой температуры перехода мы рассмотрим более подробно ниже. 

Причины определения температуры стеклования полимеров

Полимеры обрабатываются по-разному, чтобы быть применимыми в различных отраслях. Одним из популярных методов является литье под давлением. Более подробную информацию о процессе см. в Полное руководство по литью под давлением в малых объемах мы подготовились. 

При литье под давлением температура стеклования полимеров может влиять на такие важные элементы, как механические свойства, физические свойства и применяемые материалы.

Сотрудничайте с нами в Boda, потому что мы хорошо разбираемся в Tg для полимеров и других требованиях к проектированию. У нас есть глубокие знания о том, как полимеры реагируют на различные условия. 

Имея опыт работы более чем со 100 различными материалами, мы можем порекомендовать лучший полимер для литья под давлением с учетом условий обработки и планируемого использования деталей. 

Мы также используем различные технологии производства, включая компрессионное формование и литье под давлением. Прочитайте это руководство, чтобы узнать разницу между ними: Компрессионное или литьевое формование: что лучше для вас?

Вот почему важно знать температуры стеклования:

Влияние на механические свойства 

Как и любой другой материал, полимеры обладают механическими свойствами. На эти свойства может влиять температура стеклования. Важными свойствами, определяющими эффективность полимеров, являются прочность, предельное удлинение и ударная вязкость. 

Хрупкое разрушение детали

Влияние Tg на эти свойства стоит рассмотреть. Например, полимеры легко деформируются и легко обрабатываются выше Tg. Однако они жесткие/неспособны изгибаться ниже Tg. 

Влияние на физические свойства 

К важным физическим свойствам полимеров относятся кристалличность, молекулярная масса, плотность и уровень полимеризации. Температура перехода материала в стеклообразное состояние может оказывать влияние на такие свойства. 

Пластиковая деталь может иметь различную электропроводность, тепловое расширение и другие физические свойства в зависимости от значения Tg. 

Тепловое расширение в пластиковой детали

Определение температур обработки

Нам необходимо знать температуру стеклования полимера в процессе формования, поскольку это позволяет нам обеспечить плавное течение материала для заполнения пространства в форме. Таким образом, мы можем изготавливать формованные детали с самыми высокими допусками и превосходной отделкой поверхности. 

Это также помогает определить конкретный тип литья под давлением, например, тот, который рассматривается в этом руководстве: Литье пены под давлением: типы, процесс и применение. 

Влияние температуры обработки 

Помощь в выборе материала

Знание того, как полимер реагирует на различные температуры, имеет решающее значение при выборе материала. Идеальный баланс между функциональностью и непревышением Tg необходим для идеальной производительности литьевых деталей из пластика. 

Заключение 

Как дилер или пользователь пластиковых деталей, важно понимать тонкости, которые приводят к производству различных изделий. Это поможет вам определить лучших производителей и обеспечить хорошие результаты при участии в производственных проектах. 

Boda, популярный поставщик услуг по индивидуальному литью под давлением для изготовления прототипов из пластика и деталей быстрого производства в Китае и за рубежом, максимально упрощает вашу работу. 

После загрузки вашего дизайна вы немедленно получите обратную связь и смету. Качество нашего персонала и машин для литья не имеет себе равных, а результаты очевидны в жестких допусках наших деталей. 

Не стесняйтесь свяжитесь с нами прямо сейчас Больше подробностей. 

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Что означает TG?

Tg — это температура стеклования, при которой полимер переходит из стеклообразного в резиноподобное состояние. 

Какова температура стеклования термореактивных полимеров?

Термореактивные полимеры имеют различную Tg, но обычно температуры высокие. 

В чем разница между полимерами TG и Tm?

Разница между Tg и Tm для полимеров заключается в том, что Tg относится к температуре, при которой полимер переходит в резиноподобное состояние. В то же время Tm является точкой плавления, которая указывает на переход кристаллического полимера в жидкую форму. 

Какова температура стеклования полимера ПДМС?

Температура стеклования полимера ПДМС значительно ниже стандартной температуры. 

Какова температура стеклования силиконового полимера?

Температура стеклования силиконового полимера также ниже комнатной температуры, особенно в отрицательных значениях. 

Какова температура стеклования полиэфирного волокна?

Температура стеклования полиэфирного волокна выше стандартной комнатной температуры. 

Что означает более высокая Tg?

Более высокая Tg означает, что более высокие температуры делают полимер жестким, а значит, термостойким.