玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是一項重要的熱效應(yīng),可以表征塑料及其他無定形物或半結(jié)晶材料(例如無機(jī)玻璃)。因此,確定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度是經(jīng)常采用的熱分析應(yīng)用。在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度處,可以通過物理數(shù)量觀察出變化,例如比熱、熱膨脹系數(shù)以及機(jī)械模量。實際上,DSC、TMA和DMA的測量原理是不同的,因此問題也就隨之而來。到底采用哪種熱分析技術(shù)?測量的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度到底能比較到何種程度?不同條件下測量的玻璃化溫度的比較可以相差幾個開爾文溫度。實際上,理解這些差異的起因是非常重要的,尤其是在比較不同材料,例如在質(zhì)量檢驗時。
特別需要注意的是,玻璃是無定形固體,不是熱力平衡的。液態(tài)或橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變是一個松弛過程,因此受動力學(xué)控制。玻璃化轉(zhuǎn)變并不在某一指定溫度,例如熔化時發(fā)生,而是一個很寬的溫度范圍。
為了使溫度的比較能變得數(shù)字化,梅特勒已經(jīng)開發(fā)出各類評估步驟和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法。
可以觀察到兩種玻璃化轉(zhuǎn)變:
1.玻璃化或反玻璃化:如果溫度降低,分子重排凍結(jié),可以觀察到從液態(tài)轉(zhuǎn)至玻璃態(tài)的轉(zhuǎn)變。觀察時間由冷卻速率決定,在高速率下的觀察時間比低速率下的觀察時間短。因此,在高冷卻速率下測量的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度比低冷卻速率下測量的溫度要高。
2.動態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變:當(dāng)測量頻率接重排的表征頻率時可以觀察到。換句話說,如果在高頻下分析材料(例如機(jī)械應(yīng)力),它會表現(xiàn)的堅硬,因為分子重排無法跟上測量頻率。如果應(yīng)力施加的比較慢(在低頻下),材料在同一溫度下就表現(xiàn)的比較柔軟。
動態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變的溫度常常高于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。