Differenza chiave: temperatura di transizione vetrosa e temperatura di fusione
Lo studio delle proprietà termiche degli elastomeri è essenziale per decidere la loro applicazione finale e i parametri del processo di fabbricazione. Le proprietà termiche degli elastomeri possono essere esaminate utilizzando diversi parametri di prova come temperature di transizione, intervallo di temperatura utile, capacità termica, conducibilità termica, dipendenza dalla temperatura delle proprietà meccaniche e coefficiente di dilatazione termica lineare. Esistono due tipi di parametri di temperatura che rientrano nelle temperature di transizione, vale a dire, la temperatura di transizione vetrosa (Tg) e la temperatura di fusione (Tm). Nell'industria dei polimeri, queste temperature vengono utilizzate per l'identificazione dei materiali e dei loro parametri di qualità. La temperatura di transizione dei polimeri può essere valutata in modo molto accurato utilizzando strumenti avanzati come l'analizzatore meccanico dinamico (DMA) e il calorimetro differenziale a scansione (DSC). Alla temperatura di transizione vetrosa si verifica un cambiamento reversibile di fase da viscosa a vetrosa o viceversa nelle regioni amorfe del polimero a causa di una variazione di temperatura, mentre alla temperatura di fusione le regioni cristalline o semicristalline di un polimero cambiano in fase amorfa solida. Questa è la differenza chiave tra la temperatura di transizione vetrosa e la temperatura di fusione.
Qual è la temperatura di transizione vetrosa?
La temperatura di transizione vetrosa è la temperatura alla quale uno stato viscoso o gommoso di un polimero amorfo o semicristallino cambia in uno stato fragile e vetroso. Questa è una transizione reversibile. Al di sotto delle temperature di transizione vetrosa, i polimeri sono duri e rigidi come il vetro. Al di sopra della temperatura di transizione vetrosa, i polimeri mostrano proprietà viscose o gommose con minore rigidità. La transizione vetrosa è una reazione del secondo ordine in quanto vi è un cambiamento nelle derivate. I cambiamenti nel polimero sopra e sotto si verificano a causa del movimento molecolare dovuto ai cambiamenti di energia. Questa temperatura è fortemente influenzata dalla struttura delle molecole. Inoltre, dipende anche dalla frequenza della deformazione ciclica, dall'effetto della composizione di ingredienti come plastificanti, riempitivi, ecc. e dalla velocità di variazione della temperatura.
Figura 01: Densità sulla temperatura
Secondo le osservazioni sperimentali, si trova che in un polimero simmetrico, la temperatura di transizione vetrosa è la metà della sua temperatura di fusione, mentre in un polimero asimmetrico, la temperatura di transizione vetrosa è 2/3 del suo valore di fusione (in gradi di Kelvin). Tuttavia, queste relazioni non sono universali e presentano deviazioni in molti polimeri. La transizione vetrosa è importante per determinare l'intervallo di lavoro del polimero, valutando la flessibilità e la natura della risposta allo stress meccanico.
Che cos'è la temperatura di fusione?
La fusione è un altro parametro importante delle transizioni termiche nei polimeri. Di solito, la temperatura di fusione è la temperatura alla quale si verifica una transizione di fase; ad esempio, da solido a liquido o da liquido a vapore.
Figura 02: fusione
Per quanto riguarda i polimeri, invece, la temperatura di fusione è una temperatura alla quale avviene il passaggio da una fase cristallina o semicristallina ad una fase solida amorfa. La fusione è una reazione endotermica del primo ordine. L'entalpia di fusione del polimero può essere utilizzata per calcolare il grado di cristallinità, dato che è nota l'entalpia di fusione del 100% del polimero stesso. Conoscere la temperatura di fusione è anche molto importante in quanto dà un'idea dell'intervallo di lavoro di un polimero.
Qual è la differenza tra la temperatura di transizione del vetro e la temperatura di fusione?
Temperatura di transizione vetrosa rispetto alla temperatura di fusione |
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| La temperatura di transizione vetrosa è la temperatura alla quale uno stato viscoso o gommoso di un polimero amorfo o semicristallino cambia in uno stato fragile e vetroso. | La temperatura di transizione vetrosa è la temperatura alla quale uno stato viscoso o gommoso di un polimero amorfo o semicristallino cambia in uno stato fragile e vetroso. |
| Ordine di reazione | |
| La transizione vetrosa è una reazione del secondo ordine. | La fusione è una reazione del primo ordine. |
| Sopra Tg o Tm | |
| Le regioni amorfe diventano gommose, meno rigide e non fragili | Le regioni cristalline si trasformano in solide regioni amorfe. |
| Sotto Tg o Tm | |
| Le regioni amorfe diventano vetrose, rigide e fragili. | Regioni cristalline stabili |
| Relazione (come da osservazioni sperimentali) | |
| Tg=1/2 Tm (per polimeri simmetrici) | Tg=2/3 Tm (per polimeri asimmetrici) |
Riepilogo – Temperatura di transizione vetrosa rispetto alla temperatura di fusione
Sia le temperature di transizione vetrosa che di fusione sono proprietà di transizione termica dei polimeri molto importanti. Al di sopra della temperatura di transizione vetrosa, i polimeri hanno proprietà gommose, mentre, al di sotto di questa temperatura, hanno proprietà vetrose. La transizione vetrosa avviene nei polimeri amorfi. La fusione è il cambiamento di fase da cristallina a solida amorfa. La temperatura di fusione è importante per calcolare il grado di cristallinità. Entrambi i valori di temperatura sono estremamente utili per determinare la qualità e l'intervallo di lavoro dei polimeri.
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