روش های اندازه گیری دمای انتقال شیشه ای

روش های اندازه گیری دمای انتقال شیشه ای:
این روش ها به این دلیل اهمیت دارند که به خواص متفاوت شیمیایی و فیزیکی گره خورده اند.

به عنوان مثال با افزایش دما و رسیدن به منطقه انتقال شیشه ای، خواص مکانیکی از جمله مدول یانگ، به صورت جهشی شروع به کاهش می کند، که خود نشان دهنده منطقه انتقال شیشه ای است.

لذا با استفاده از تغییر این خواص به شکل جهشی، می توان دمای انتقال شیشه ای را تعیین نمود.

در این بخش برخی روش های اندازه گیری مرسوم این دما معرفی خواهند شد.

الف) تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی (TMA)
در روش تجزیه و تحلیل ترمودینامیکی، یک نمونه کوچک از پلیمر مورد نظر استفاده می شود. یک میله با نیروی اندک بر روی نمونه قرار گرفته و خود نمونه بر روی سطحی درون یک حمام روغن قرار می گیرد.

پس از آن، حرارت دهی به حمام روغن آغاز شده و دستگاه ترانسفورماتور متغیر خطی LVDT، مقدار تغییرات طول میله متصل به نمونه را اندازه گیری می کند.

دمای حمام روغن به طور معمول در هر دقیقه 5 درجه سانتی گراد افزایش می یابد. در این حالت شیب نمودار تغییرات طول بر حسب دما، بیان گر ضریب انبساط حرارتی است.

هر دمایی که در آن شیب خط و یا همان ضریب انبساط حرارتی تغییر کند، منطقه انتقال شیشه ای نامیده می شود.

ب) کالری متری روبشی تفاضلی (DSC):
در این روش یک نمونه کوچک از پلیمر تهیه و به آن گرما داده می شود که در این مدت مقدار انرژی مورد نیاز برای دادن گرما به نمونه اندازه گیری می شود.

از آن جا که در محدوده انتقال شیشه ای خواص فیزیکی تغییر می کند، انرژی لازم برای گرما دادن به نمونه نیز دستخوش تغییر می شود.

این اتفاق به شکل یک خمیدگی در نمودار نشان داده می شود.

ج) آزمون دینامیکی-مکانیکی (DMA):
مبنای تعیین دمای انتقال شیشه ای در این روش اندازه گیری خواص مکانیکی است.

در ابتدا نمونه ای از پلیمر مورد نظر را تهیه کرده و تحت فرکانس 1 هرتز و نرخ گرمایش 5 درجه سانتی گراد بر دقیقه قرار می دهیم.

مدول ذخیره، مدول اتلاف و ضریب گرمایشی را اندازه گیری کرده و بر حسب دما در یک نمودار رسم می کنیم.

با افزایش دما، خواص مکانیکی رو به تخریب می رود تا آن که به منطقه ای با جهش هایی مشخص برسد که شروع آن ناحیه را دمای انتقال شیشه ای می دانیم.

نتیجه گیری:

در این دما خواص مکانیکی و شیمیایی مواد دستخوش تغییر خواهند شد و پیش بینی این خواص با شناخت و دانستن دمای انتقال شیشه ای امکان پذیر خواهد بود.

اما گاهی شرایط به گونه ای است که استفاده از پلیمری خاص در دمایی خاص اجتناب ناپذیر است.

به همین دلیل چگونگی تغییر دمای انتقال شیشه ای و اثر تغییر این دما بر سایر خواص ماده، از موضوعاتی است که امروزه مورد مطالعه محققان قرار گرفته است.