Glasövergångstemperatur för polymerer

Vad är glasövergångstemperatur (Tg)?

Det finns en viktig men ofta förbisedd materialhänsyn vid utformning av delar för formsprutning av plast. Det kallas Tg, kort för glasövergångstemperatur. Vi kommer in på vetenskapen bakom det hela senare, men för tillfället vet vi bara att det finns en temperatur där amorfa material övergår från ett glasartat / styvt tillstånd till ett läderartat / gummiaktigt tillstånd.

Vad är glasövergångstemperatur (Tg)?
Glasövergångstemperatur är den temperatur vid vilken en amorf polymer ändras från ett hårt / glasartat tillstånd till ett mjukt / läderartat tillstånd, eller vice versa. Tg är direkt relaterat till ett materials styrka och kapacitet i en viss slutanvändningsapplikation. Glasövergångstemperaturen är knuten till en polymers mekaniska egenskaper. Detta inkluderar dess draghållfasthet, slagmotstånd, elasticitetsmodul och dess driftstemperaturområde.

Amorfa kontra halvkristallina polymerer
Polymerer faller i en av två klasser: härdplaster och termoplaster. Termoplastiska polymerer delas sedan vidare in i ett av två läger: de som är amorfa såsom polykarbonat (PC) och polystyren (PS), och de som är halvkristallina (polypropen och acetal är två exempel).

För att ta isär klockan på detta är det nödvändigt att återkomma till gymnasiets kemiklass. Oroa dig dock inte; det tar inte lång tid. Vi börjar den första dagen, när läraren ställer frågan: vad är polymerer? Hjärnstjärnan som sitter längst fram och som studerar forntida språk för skojs skull vet att "poly" och "mer" är de grekiska orden för "många delar" och därför rör sig med "polymerer är långa kedjor av mindre molekyler sammanfogade genom en process som kallas polymerisation, och vars molekylvikt varierar från hundratals till hundratusentals." Grattis.

Långa molekylära kedjor
Men vad är molekylvikt egentligen? Ännu viktigare, vem bryr sig? Den som designar plastdelar borde. Varje polymers molekylvikt bestämmer längden på de "långa kedjorna" som just nämnts och därmed dess fysiska egenskaper. Till exempel, där en vätemolekyl "väger" bara 1,01 g / mol (molmassa) och en av kol väger 12,01 g / mol, kan en enda molekyl av högdensitetspolyeten (HDPE) - vilket inte är något annat än en länkad serie av dessa två molekyler - väga in vid 250 000 g / mol eller mer.

Oavsett om det är polyetentereftalatmolekyler (PET) som sträcker sig från 8 000 till 31 000 g / mol eller polystyren (PS) molekyler vid hela 400 000 g / mol, dessa tusenbensliknande kedjor av monomerer - som är byggstenarna i polymerer - ordnar sig i antingen amorfa eller halvkristallina strukturer.

Polymermorfologi
Amorfa polymerer har slumpmässig / oordnad kedjestruktur. Under Tg är de hårda och spröda. När värme appliceras börjar de gradvis mjukna till en punkt som de blir läderartade / gummiaktiga. Denna övergång är glasövergången. Fortsätt att applicera värme och de växer gradvis smälta (formbara), efter att ha passerat genom Tg upp till en temperatur där polymeren börjar uppvisa visköst flöde. Vanliga exempel på amorfa polymerer inkluderar hårda, styva material såsom polystyren (PS) och polymetylmetakrylat (PMMA), som används i sitt glasartade tillstånd och långt under deras glasövergångstemperaturer.

Halvkristallina polymerer har högt ordnade kristallina regioner tillsammans med amorfa regioner. De amorfa regionerna kommer att uppvisa samma beteende som just beskrivits. Men med halvkristallina material, när de amorfa regionerna har passerat genom Tg förblir de kristallina regionerna mycket ordnade och ger struktur till bulkmaterialet. På grund av detta kan många halvkristallina material användas långt bortom deras Tg. Halvkristallina material som polypropen (PP), som har en Tg runt -20 ° C används ovanför deras Tg i applikationer som gräsmatta möbler som visar seghet och flexibilitet under de varma sommarmånaderna men kan bli spröda i djupet av kalla norra vintrar.

Härdplaster har tvärbindningar som binder samman sina kedjor. Dessa tvärbindningar bildas mellan kedjorna och förvandlar dem till en stor molekyl. Tänk på det nästa gång du håller i ett bowlingklot. Tvärbindningar ger en robust kedjestruktur som gör att elastomera material som flytande silikongummi kan användas långt över deras Tg. Andra härdplaster används vanligtvis under deras Tg och är ganska styva, såsom fenoler. Tvärbindningar bildar bindningar mellan de molekylära kedjorna som är så starka att smältpunkten för härdade material ligger över dess sönderdelningstemperatur.

Tg för vanlig gjuten plast

Material - Tg i grader Celsius

GPPS - Polystyren för allmänt ändamål 100
HDPE - Polyeten med hög densitet -120
LCP - Flytande kristallpolymer 120
LSR - Flytande silikongummi -125
PC - Polykarbonat 145
PEEK - Polyetereterketon 140
PEI - Polyeterimid 210
PMMA – Polymetylmetakrylat 90
PP – Polypropen (ataktisk) -20
PPS – Polyfenylensulfon 90
PSU - Polysulfon 190
SPS - Syndiotactic Polystyrene 100

Polymer Fördelar och nackdelar
Amorfa polymerer är ofta transparenta (polykarbonat och akryl är två exempel) snarare än ogenomskinliga som de flesta halvkristallina material. De har vanligtvis bättre dimensionsstabilitet och är mindre benägna att varpa under gjutningsprocessen. De är i allmänhet resistenta mot varmt vatten och ånga (tänk VVS-material) och har god styvhet och slaghållfasthet. Och som förklarats tidigare tenderar de att gradvis mjukna när de utsätts för värme.

Halvkristallina termoplaster, på grund av sin inre struktur, har mycket starka molekylära bindningar. Detta attribut gör dem resistenta mot kemisk attack. Liksom teflon ger många också en låg friktionskoefficient, så är ett bra val för lager- och slitytor eller där tung strukturell belastning är ett problem. De är också mycket mer utmattningsbeständiga än amorfa polymerer. De mjuknar när de utsätts för värme men kan användas ovanför deras Tg på grund av att de kristallina regionerna behåller strukturen tills polymerens smälttemperatur.

Härdade material, med sin tvärbundna inre struktur, visar mycket god kemisk resistans, dimensionell stabilitet och värmebeständighet. Härdplaster sträcker sig från klar till ogenomskinlig såväl som elastomer till styv. De kan användas under eller över deras Tg och har ingen smältpunkt.

Det är ett komplext ämne, för att vara säker. Vi hoppas att denna ganska tekniska förklaring hjälpte till att minska förvirringen i ämnet. Har du ett formsprutningsprojekt på gång?

Kontakta dig på +46 (0) 8408 391 86 eller customerservice@protolabs.se. Vi är alltid glada att nörda ner oss i polymerer.

2022-07-08 - Industritorget

Kontaktinformation

Protolabs

08408 391 86

Se hemsida

Skicka e-post

Kontakter

Länkar

Filmer

Karta

Skriv ut
Tipsa

Postadress
Halesfield 8
TF74QN Telford

Besöksadress
Sickla Industriväg 3
13154 Nacka

Region
Storbritannien

Organisationsnummer:
5366160

Grundat: Ej angivet
Anställda: Ej angivet

Kontakter

Länkar

Filmer

Karta

Välkommen till Protolabs!

Företaget grundades 1999 av Larry Lukis, en framgångsrik entreprenör och datanörd. Han ville radikalt minska tidsåtgången för att ta fram formsprutade prototypsdelar.

Hans lösning var att automatisera den traditionella produktionsprocessen genom att utveckla en komplex mjukvara som kommunicerade med ett nätverk av fräsar och pressar. Till följd av detta kunde plast- och metalldelar produceras på en bråkdel av den tid det tidigare hade tagit.

Hur vi kan hjälpa
Snabbare produktutveckling, minskade kostnader och optimerad leveranskedja med 3D-utskrifter, CNC-bearbetning och formsprutning som tekniken möjliggör.

Välkommen att kontakta oss!

Skicka förfrågan