Рассмотрим кристалл льда при - 20 градусах C. Если мы будем постепенно увеличивать температуру этого кристалла, то при 0 градусов C лед превратится в воду. Это будет фазовый переход. Молекулы переходят из одного фазового состояния в другое за счет добавления тепловой энергии. Это называется температурным фазовым переходом.

Полимеры также могут существовать в различных фазовых состояниях. Температура жидкого азота может быть любой в диапазоне от –3450 до –3200 F (от -2100 до –1950 C). Когда шланг для воды, который используется в трубопроводных линиях пресс-формы, опускается в жидкий азот, он становится очень хрупким. Если бросить этот шланг на бетонный пол, он раскалывается на кусочки как стекло, издавая при этом такой звук, как будто кто-то уронил стеклянную трубку. Эта фаза, в которой находится каучук, называется ‘стеклообразным состоянием’. Все полимеры, находящиеся в стеклообразном состоянии, очень хрупкие. В этом состоянии у молекул очень мало энергии, и из-за этого они неподвижны.

По мере того, как мы повышаем температуру каучукового шланга и доводим ее до комнатной, молекулы получают все больше и больше энергии, и становятся более гибкими. Это состояние называется ‘каучукообразным или вязкоупругим состоянием’. При этом состоянии у молекул достаточно энергии для того, чтобы перемещаться и быть эластичными. Температура, при которой осуществляется переход молекул из стеклообразного состояния в каучукообразное состояние, называется температурой перехода в стеклообразное состояние или Tg.

Дальнейшее повышение температуры обеспечивает больший объем энергии для молекул, и каучук становится способным плавиться (для простоты мы принимаем за данное, что шланг изготовлен из термопласта, а не из сшитого материала). Это называется фазой расплава. Температура, при которой осуществляется переход молекул из вязкоупругого состояния в состояние расплава, называется температурой плавления или Tm.

Для того, чтобы расплавиться, кристаллиты в кристаллических материалах нуждаются в определенном количестве энергии. Когда они получают ее в виде тепловой энергии, то все кристаллиты плавятся одновременно. По этой причине у кристаллических материалов очень резкая точка плавления. В случае с аморфными материалами, в которых отсутствуют кристаллиты, переход в расплавленное состояние происходит значительно более постепенно, и поэтому нет резкой точки плавления. Они размягчаются при широком диапазоне температур. Наличие такого различия между кристаллическими и аморфными материалами приводит к тому, что у кристаллических материалов значительно более узкое технологическое окно плавления, чем у аморфных материалов. Так, например, у найлона (кристиллического материала) будет окно для формования из расплава от 480 до 510 град. F по сравнению с ABS (аморфный материал) с окном от 400 до 475 град. F и 30 град. F для найлона по сравнению с 75 град. F для ABS. Кроме того, при работе с аморфными материалами Вы можете вполне безопасно использовать температуры слегка выше или слегка ниже рекомендуемых, а при использовании кристаллических материалов этого делать нельзя.

Когда кристаллический материал расплавляется, его молекулы уже больше не находятся в упорядоченном состоянии, и расплав теперь носит аморфный характер. Поэтому в фазе расплава любой полимер, кристаллический или аморфный, всегда существует в аморфном состоянии. Исключением из этого правила являются жидкокристаллические полимеры или LCP.

А теперь давайте рассмотрим процесс обратного фазового перехода. Если у нас имеется расплав кристаллического полимера, и температура постепенно понижается, вместе с ней уменьшается и молекулярная энергия. Вязкость расплава начинает повышаться, и начинают появляться кристаллиты. Температура, при которой появляются кристаллиты, называется температурой кристаллизации или Tc.

Для проектировщика продукта Tg является одним из самых важных факторов, которые следует учитывать. Для того, чтобы продукт получился эластичным при комнатной температуре, его Tg должна быть ниже комнатной температуры, так, как это, например, бывает у эластомеров. Для того, чтобы продукт получился жестким при комнатной температуре, его Tg должна быть выше комнатной температуры.

Для формовщика очень важно знать, каковы значения температур кристаллизации и плавления, поскольку они предопределяют технологические условия. Температура кристаллизации используется для определения диапазона температуры формования для  инициации и поддержания процесса кристаллизации молекул. Температура плавления используется для того, чтобы определить диапазон температуры плавления. Эти данные не включены в ведомость данных обработки в качестве типовых параметров, но они отражаются на технологических условиях обработки. Производитель материала осуществляет анализ и использует его результаты для целого ряда испытаний, которые необходимы для того, чтобы рекомендовать технологические условия обработки.

Дифференциальный сканирующий калориметр (DSC)

Результаты сканирования с разрешения Plastics Technology Laboratories, Inc.(PTLI). Для получения более подробной информации, посетите вебсайт PTLI раздел Testlopedia, бесплатная онлайновая энциклопедия по испытаниям пластмасс.

Сканирование полиэфирэфиркетона (РЕЕК)

Дифференциальный сканирующий калориметр  (DSC) представляет собой инструмент, который используется для определения температурных переходов в полимерах. Здесь представлен типичный график, полученный с помощью DSC.

Для кристаллических полимеров проводилось два сканирования. Во время первого сканирования полимер проводился от очень низкой температуры до и через температуру плавления, все переходы фиксировались. Образец, который после этого находился в расплавленном состоянии, затем немедленно охлаждали в жидком азоте. Многие полимеры при такой температуре находятся ниже Tg. Поскольку расплав аморфен, и его немедленно охлаждают, вся энергия выходит, и замерзший полимер полностью аморфен. После этого сканирование DSC повторяют.

По мере того, как температура повышается, молекулы приобретают все больше и больше энергии, отмечается переход в стеклообразное состояние, и, когда достигается температура кристаллизации, начинают образовываться кристаллиты, что фиксируется на графике. Температуры кристаллизации фиксируются на втором изображении сканирования. Для аморфных полимеров поведение второго сканирования не является необходимым.

www.newchemistry.ru