Mikä on siirtymälämpötila (Tg)?
Lasin siirtymälämpötila (Tg) viittaa pisteeseen, jossa polymeeri muuttuu kovasta ja lasimaisesta tilasta pehmeään ja kumimaiseen. Tg:n yläpuolella polymeerit muuttuvat joustaviksi ja niillä on joitakin virtausominaisuuksia. Tämän lämpötilan alapuolella ne ovat jäykempiä ja vähemmän taipuisia.
Tg:hen vaikuttavat tekijät
Useat tekijät voivat vaikuttaa Tg-arvoon polymeereissä.
Molekyylipaino on keskeinen tekijä; suuremmat molekyylipainot johtavat usein korkeampiin Tg-arvoihin. Molekyylien väliset voimat myös vaikuttaa. Voimakkaammat voimat vaikeuttavat polymeeriketjujen liikkumista, mikä nostaa Tg:tä.
pehmentimiä voidaan lisätä Tg:n alentamiseksi. Ne helpottavat ketjujen liukumista toistensa ohi. Toisaalta täyteaineiden lisääminen voi nostaa Tg:tä rajoittamalla liikettä. Myös lämpöhistoria on tärkeä. Jos polymeeriä on lämmitetty ja jäähdytetty useita kertoja, Tg voi siirtyä.
Mikä on sulamislämpötila (Tm)?
Kun polymeeriä kuumennetaan, kiteiset alueet muuttuvat kiinteästä tilasta nestemäiseksi. Tämä sulamisprosessi tapahtuu sulamislämpötilassa (Tm). Tämä lämpötila vaihtelee materiaalien välillä polymeerin kiderakenteen ja sidoslujuuden vuoksi. Kiteisissä polymeereissä nämä kuviot ovat järjestäytyneempiä, mikä johtaa terävään sulamispisteeseen.
Molekyylipainon ja rakenteen vaikutus
Polymeerin molekyylipaino vaikuttaa merkittävästi sen sulamislämpötilaan. Suurimolekyylipainoisilla polymeereillä on yleensä korkeampi Tm. Syynä tähän on se, että suurempi molekyylipaino lisää ketjujen kietoutumista, mikä vaikeuttaa ketjujen liikkumista ja sulamista.
Myös molekyylirakenteella on merkitystä. Lineaarisilla polymeereillä voi olla selkeämpi Tm kuin haaroittuneilla polymeereillä tiiviisti pakkautuneiden ketjujen vuoksi. Kristallin täydellisyys ja ketjujen suuntautuminen vaikuttavat myös Tm:ään, ja parempi suuntautuminen johtaa korkeampiin lämpötiloihin.
Tg:n ja Tm:n välinen ero
| ominainen | Lasin siirtymälämpötila (Tg) | Sulamislämpötila (Tm) |
|---|---|---|
| Muutoksen tyyppi | Toisen asteen siirtymä ilman faasimuutosta; vain fysikaaliset ominaisuudet muuttuvat | Ensimmäisen asteen faasimuutos kiinteästä nesteeksi |
| materiaali Tyyppi | Esiintyy vain amorfisissa ja puolikiteisissä materiaaleissa | Esiintyy kiteisissä materiaaleissa |
| Tilanmuutos | Lasitilasta kumimaiseen tilaan ilman faasin vaihtoa | Kiinteä faasi nestemäiseksi faasiksi |
| Molekyylirakenne | Molekyylien rakenteessa ei muutosta; pysyy amorfisena | Kiteisen rakenteen täydellinen hajoaminen |
| Palautettavuus | Täysin palautuva prosessi | Palautuva faasimuutos |
| Lämpötila-alue | Yleensä tapahtuu alhaisemmissa lämpötiloissa kuin Tm | Tyypillisesti korkeampi kuin Tg |
| Vaikuttavat tekijät | – Polymeerin kemiallinen rakenne – Molekyylipaino – Pehmitinainepitoisuus - Joustavuus |
– Paine – Kemiallinen sidos – Molekyylien muoto ja koko – Molekyylipakkaus |
| Mittausmenetelmä | Tyypillisesti mitataan differentiaalisella pyyhkäisykalorimetrialla | Mitattu tietyssä paineessa (yleensä standardipaineessa) |
| Teollinen merkitys | Kriittinen polymeerien prosessoinnissa ja sovelluksissa | Tärkeää materiaalin valinnassa ja käsittelyssä |
| Fyysinen tila | Materiaali pysyy kiinteänä, mutta muuttuu joustavaksi/kumiseksi | Materiaali muuttuu täysin nesteeksi |
| Energian muutos | Sisältää asteittaista pehmenemistä | Sisältää täydellisen faasimuutoksen |
| Sovelluksen vaikutus | Määrittää materiaalin joustavuuden ja käsittelyolosuhteet | Määrittää materiaalin lämmönkestävyyden ja prosessointirajat |
| Riippuvuus lämmitysnopeudesta | Herkempi lämmitysnopeuden muutoksille | Vähemmän herkkä lämmitysnopeuden muutoksille |
Miten Tg ja Tm määrittelevät polymeeriluokat
kestomuovit vs. kertamuovit: Tg ja Tm auttavat erottamaan nämä luokat toisistaan. Termoplastisilla muoveilla on sekä Tg että Tm, ja niitä voidaan muotoilla useita kertoja kuumennettaessa. Kertamuovit kuitenkin silloittuvat korkeissa lämpötiloissa ja asettavat muotonsa jäähtyessään. Niillä on Tg, mutta ei tyypillistä Tm:ää, koska ne eivät sula.
Kiteisyys ja ominaisuudet: Kiteisillä polymeereillä on selkeä ja terävä Tm ja yleensä korkeampi mekaaninen lujuus. Korkeamman amorfisen pitoisuuden omaavilla polymeereillä on huomattava Tg ja suurempi joustavuus, mutta alhaisempi rakenteellinen jäykkyys.
Tg ja Tm muotinvalmistuksessa
Lasittumislämpötila (Tg) ja sulamislämpötila (Tm) ovat kriittisiä parametreja ruiskuvalu- ja muottivaluprosesseissa, koska ne vaikuttavat suoraan prosessointiolosuhteisiin ja lopputuotteen laatuun. Jos prosessointilämpötila on alle Tg:n, polymeeri pysyy jäykkänä ja hauraana, mikä johtaa rajoittuneeseen joustavuuteen ja lisääntyneeseen murtumisriskiin muovausprosessin aikana. Tämä voi johtaa vikoihin, kuten halkeamiin tai muottiontelon epätäydelliseen täyttymiseen, mikä lopulta vaarantaa muovattujen osien eheyden.
Sitä vastoin Tm asettaa polymeerin täydelliseen sulamiseen tarvittavan maksimilämpötilan, varmistaen, että materiaali voi virrata kunnolla muottipesään. Jos lämpötila ylittää Tm:n, polymeeri voi hajota tai hajota, mikä johtaa heikkoihin materiaaliominaisuuksiin ja lopputuotteen virheisiin.
Kun prosessointilämpötila on lähellä Tg:tä tai ylittää sen, materiaalin ominaisuudet voivat muuttua merkittävästi. Polymeeristä tulee taipuisampaa, mikä mahdollistaa paremman muodonmuutoksen rikkoutumatta. Tämä parantaa virtausominaisuuksia ja helpottaa monimutkaisten muottirakenteiden täyttämistä. Korotetut lämpötilat voivat kuitenkin myös aiheuttaa uusia hajoamismekanismeja, kuten lämpöhapettumisen tai ketjun katkeamisen, jotka voivat vaikuttaa negatiivisesti muovattujen osien yleiseen laatuun, mukaan lukien niiden mekaaninen lujuus ja lämpöstabiilisuus.
Tg:n ja Tm:n vaikutukset ulottuvat prosessointilämpötilojen ulkopuolelle ja vaikuttavat muovausoperaation jäähdytys- ja sykliaikoihin. Kun lämpötila lähestyy Tg:tä jäähdytyksen aikana, materiaali siirtyy kumimaisesta tilasta lasimaiseen tilaan, mikä voi vaikuttaa jäähdytysnopeuteen ja sykliaikaan. Jos jäähdytys on liian nopea, se voi johtaa sisäisiin jännityksiin tai vääntymiseen lopputuotteessa. Käänteisesti, jos jäähdytysaikaa pidennetään, se voi mahdollistaa paremman kiteytymisen puolikiteisissä polymeereissä, mikä parantaa niiden mekaanisia ominaisuuksia.
Lisäksi Tg ja Tm vaikuttavat useisiin materiaalin ominaisuuksiin prosessoinnin aikana, mukaan lukien lämmönjohtavuus, optinen kirkkaus ja mekaaninen suorituskyky. Esimerkiksi Tg:n yläpuolella prosessoiduilla polymeereillä on tyypillisesti paremmat lämpö- ja mekaaniset ominaisuudet, koska ne kestävät paremmin muovauksen aikana aiheutuvia rasituksia. Tämä on erityisen tärkeää sovelluksissa, joissa lopputuote altistuu mekaanisille kuormille tai lämpövaihteluille.
Tg:n ja Tm:n vaikuttamiin kriittisiin prosessointiparametreihin kuuluvat ruiskutusvirtausnopeus, muotin seinämän lämpötila, pakkauspaine ja kuitujen suunta komposiittimateriaaleissa. Näitä parametreja on valvottava huolellisesti, jotta varmistetaan asianmukainen materiaalivirtaus, säilytetään halutut fysikaaliset ominaisuudet ja saavutetaan tasainen osan laatu. Esimerkiksi optimaalinen ruiskutusvirtausnopeus on välttämätön muotin täyttämiseksi tehokkaasti aiheuttamatta vikoja, kuten lyhyitä ruiskutuksia tai liiallista purkausta.
Luotettavuusnäkökohdat korostavat myös lämpötilanhallinnan merkitystä. Tg:n ylittäminen prosessoinnin aikana voi aiheuttaa uusia vikaantumismekanismeja, kuten lisääntynyttä haurautta tai heikentynyttä iskunkestävyyttä, jotka voivat vaikuttaa haitallisesti sekä muovattujen osien sähköisiin että mekaanisiin ominaisuuksiin. Tämä puolestaan vaikuttaa lopputuotteen pitkäaikaiseen luotettavuuteen ja suorituskykyyn, erityisesti vaativissa sovelluksissa.
Yleisten muovisten ruiskuvalumateriaalien Tg
Seuraavassa taulukossa luetellaan lasittumislämpötilat (Tg) celsiusasteina eri muoviruiskuvalumateriaaleille:
| Materiaali | Tg (°C) |
|---|---|
| Yleiskäyttöinen polystyreeni (GPPS) | 100 |
| Suuri tiheyspolyeteeni (HDPE) | -120 |
| Liquid Crystal Polymer (LCP) | 120 |
| Nestemäinen silikonikumi (LSR) | -125 |
| Polykarbonaatti (PC) | 145 |
| Polyeetterieetteriketoni (PEEK) | 140 |
| Polyeetteri-imidi (PEI) | 210 |
| Polymetyylimetakrylaatti (PMMA) | 90 |
| Polypropeeni (ataktinen) (PP) | -20 |
| Polyfenyleenisulfoni (PPSU) | 90 |
| Polysulfoni (PSU) | 190 |
| Syndiotaktinen polystyreeni (SPS) | 100 |
Yleisten ruiskuvalumateriaalien Tm
| Materiaali | Tm (°C) |
|---|---|
| Polyeteeni (PE) | 120-130 |
| Polypropeeni (PP) | 160-170 |
| Polyvinyylikloridi (PVC) | 75-105 |
| Polystyreeni (PS) | 240 |
| Polykarbonaatti (PC) | 260 |
| Akryylinitriilibutadieenistyreeni (ABS) | 220-240 |
| Nailon 6 (polyamidi 6) | 220 |
| Nailon 66 (polyamidi 66) | 260 |
| Polyeetterieetteriketoni (PEEK) | 343 |
| Liquid Crystal Polymer (LCP) | 350-400 |
| Termoplastinen elastomeeri (TPE) | 230-260 |
Yhteistyö Moldien kanssa
Ideasta tuotantoon, homeinen tarjoaa kokonaisvaltaisia palveluita, kuten osasuunnittelua, prototyyppien valmistusta, muottisuunnittelua ja laajamittaista valmistusta.
Meillä on:
– Edistynyt muovin ruiskuvalumuottien valmistus
– Tarkkuuspainevaluratkaisut
– Räätälöidyt ruiskuvalupalvelut
– Asiantuntevaa muottisuunnittelua ja -tekniikkaa
– Täydelliset OEM/ODM-palvelut
Tarvitsetpa sitten monimutkaisia autoteollisuuden komponentteja tai tarkkuusteollisuuden osia, Moldie tarjoaa erinomaisuutta jokaisessa projektissa. Huippumoderni työpajamme ja kokenut tiimimme varmistavat, että valmistustarpeesi täytetään tinkimättömällä laadulla ja tehokkuudella.
