Glasovergangstemperatuur (Tg)

Er zijn verschillende methoden om de glasovergangstemperatuur (Tg) te bepalen. Terwijl onze datasheetwaarden zijn vastgesteld met behulp van DSC volgens ISO 11357-1/-2, zijn de voorspellingen in deze tool gebaseerd op DMTA-metingen (zie ‘Metingen’ voor meer informatie).

Invoer door gebruiker:

Kwaliteitsselectie

Uitvoer van de tool:

Schatting van Tg voor een als-gegoten onderdeel dat zich in evenwicht bevindt met een bepaalde relatieve luchtvochtigheid bij 23°C (73°F).

Voorspelling van het evenwichtsvochtgehalte voor zowel als-gegoten als gegloeide onderdelen. Let op: gebruik onze Moisture Diffusion tool om het tijdsafhankelijke vochtgehalte te voorspellen.

Kristalliniteit

Semi-kristallijne kunststoffen bestaan doorgaans uit zowel een amorfe fase, waarin de polymeerketens willekeurig gerangschikt zijn, als een kristallijne (geordende) fase. Alleen de amorfe fase kan vocht opnemen. Het kristalliniteitgehalte is echter geen vaste materiaaleigenschap, maar hangt af van de verwerkingscondities en veroudering. Na spuitgieten/blow-moulding en afkoelen ('dry as molded') heeft het kunststof nog niet zijn maximale kristalliniteit bereikt. Voor sommige toepassingen biedt een toestand onder dit maximum voordelen, in andere gevallen is een volledig kristallijne toestand gewenst. 'Dry-as-molded' monsters kunnen meer vocht opnemen in vergelijking met gegloeide (of verouderde) materialen. Gedurende de levensduur van een onderdeel neemt de kristalliniteit doorgaans toe (en de vochtopname af), maar om dit proces te versnellen kan ‘annealing’ (kortdurende warmtebehandeling) worden toegepast.

We richten ons uitsluitend op semi-kristallijne PA’s en PPA’s. Omdat de kristalliniteit onder andere afhankelijk is van verwerkingscondities, omgevingscondities en leeftijd, is het onmogelijk om één absolute waarde voor onze materialen te geven. Onze tool biedt daarom zowel een voorspelling voor het vochtgehalte in 'dry-as-molded' monsters als een voorspelling voor gegloeide (onder de gespecificeerde condities) monsters. Tenzij extreme annealing is toegepast, zal het vochtgehalte van een onderdeel zich waarschijnlijk tussen deze twee voorspellingen bevinden.

Op datasheets worden normaal gesproken de 'dry as molded' waarden weergegeven. Voor PA6, PA66 en PPA kan het 'geglede' evenwichtsvochtgehalte 10-20% lager zijn, voor PA46 zelfs een factor 2 lager ten opzichte van de 'dry-as-molded' monsters.

Meetmethoden

Het meten van de glasovergangstemperatuur Tg is niet triviaal. Tg is geen enkele vaste temperatuur maar eerder een temperatuurgebied waarin de overgang plaatsvindt. Bovendien bestaan er verschillende methoden om de Tg te bepalen – elk met hun eigen voordelen en nadelen:

Differential Scanning Calorimetry (DSC): Een uiterst gevoelige, kwantitatieve en snelle techniek met brede toepasbaarheid, maar kan last hebben van baseline-drift, vereist zeer homogene monsters en kan alleen worden toegepast op droge monsters binnen een beperkt temperatuurbereik. Modulated Temperature Differential Scanning Calorimetry (MTDSC) is een variant op deze techniek met verbeterde resolutie. De data in onze datasheets zijn gebaseerd op deze methode en gemeten conform ISO 11357-1/-2.
Dynamic Mechanical Analysis (DMA) & Dynamic Mechanical Thermal Analysis (DMTA): Kan het visco-elastisch gedrag van materialen karakteriseren over een reeks temperaturen en frequenties, waarbij niet alleen de Tg maar ook mechanische eigenschappen zoals opslagmodulus, verliesmodulus en dempingseigenschappen worden gemeten. Deze techniek kan ook op geconditioneerde monsters worden toegepast, hoewel tijdens een temperatuursweep het drogen van een monster het resultaat bij hogere temperaturen enigszins kan beïnvloeden.
Thermomechanical Analysis (TMA): Meet dimensionele verandering, maar heeft een beperkte gevoeligheid vergeleken met DSC of DMTA.
Dielectric Thermal Analysis (DETA) & Thermally Stimulated Current (TSC): Meet de diëlektrische eigenschappen – of elektrische stroom – van materialen als functie van temperatuur, maar is specifiek voor bepaalde materialen en vereist complexe interpretatie.

Alle bovenstaande methoden resulteren in (licht) verschillende Tg-waarden. Variaties zijn meestal slechts enkele graden, maar kunnen groter zijn (~10 graden) voor polymeerblends, materialen met bepaalde additieven, onder minder gecontroleerde experimentele omstandigheden, verschillende meetprotocollen en voor materialen met heterogeniteit of een verschillende thermische geschiedenis.

Onze metingen

De metingen die als basis dienen voor onze voorspellingen in deze tool zijn verkregen met behulp van de DMTA-techniek: Na het op de juiste afmetingen snijden van de monsters, zijn deze eerst geconditioneerd in een klimaatkast of in water bij een vaste temperatuur van 23°C (73°F) tot evenwichtstoestand werd bereikt. Tijdens het conditioneren werd de gewichtstoename van de monsters gemeten om het vochtgehalte nauwkeurig te bepalen. De geëquilibreerde monsters zijn vervolgens gemeten met een temperatuur-sweep bij een constante frequentie van 1 Hz.

Vocht-diffusie in polyamiden is een zeer traag proces in vergelijking met temperatuur-equalisatie. Daarom wordt aangenomen dat de vochtconcentratie binnen het monster constant blijft tijdens de meting, waarbij het monster wordt verwarmd met een snelheid van ongeveer 1°C/min (1.8°F/min). Niettemin kan dit bij temperaturen ruim boven 100°C (212°F) tot kleine afwijkingen leiden.

Het model is gebaseerd op een groot aantal DMTA-experimenten met monsters in ‘as-molded’ en ‘geanileerde’ toestand voor verschillende condities: volledig droog, geconditioneerde monsters die in evenwicht zijn met verschillende relatieve luchtvochtigheid, en volledig natte monsters die in water zijn geëquilibreerd.

Modellen

Op basis van de gewichtsmetingen wordt een fenomenologisch model toegepast om het resulterende evenwichtsvochtgehalte van het monster te beschrijven als functie van de relatieve luchtvochtigheid die in evenwicht is met het monster bij 23°C (72°F). De twee toestanden (as-molded en geanileerd) worden getoond. Met name bij PA46 kan de mate van kristalliniteit een significant effect hebben; voor andere materialen is dit effect minder uitgesproken. In theorie kan een verdere warmtebehandeling de kristalliniteit verder verhogen, maar deze twee getoonde toestanden worden beschouwd als representatief voor de meeste toepassingen.

Op basis van de DMTA-resultaten wordt een ander fenomenologisch model gebruikt om de glasovergangstemperatuur te voorspellen als functie van de relatieve luchtvochtigheid die in evenwicht is met het monster bij 23°C (72°F). Ter vereenvoudiging wordt alleen de ‘as-molded’ toestand getoond (deze wordt het meest toegepast).

Nauwkeurigheid

Onhomogeniteiten in de materiaalcompoundering, omstandigheden tijdens het spuitgietproces, de conditioneringsexperimenten evenals de DMTA-metingen zelf kunnen allemaal potentieel variaties in het eindresultaat veroorzaken. Op basis van een gedetailleerde analyse van alle resultaten en modelvoorspellingen is het passend gebleken om een betrouwbaarheidsmarge van 10% te hanteren; dit is weergegeven in de grafiek. Let op: deze marge omvat geen variatie van DMTA ten opzichte van andere meetmethoden (zoals uitgelegd in de sectie ‘Metingen’).

Gebruik het Hotjar feedbackformulier rechtsonder op de pagina van het glass transition temperature tool om uw opmerkingen, vragen en feedback te delen. De meest gestelde vragen worden in deze sectie beantwoord.

Waarom kan ik niet alle Envalior grades selecteren?

We zijn bezig dit tool uit te breiden naar meer grades. Dit is echter afhankelijk van de beschikbaarheid van experimentele data en van de vraag naar de betreffende grade. Geef aan welke grades u zoekt via het feedbackformulier rechtsonder op de pagina!

Waarom mag ik de data uit de grafiek niet exporteren?

Iedereen kan de downloadfunctionaliteit gebruiken na inloggen; registreer uzelf eenvoudig (gratis) en begin direct met downloaden.

Glasovergangstemperatuur (Tg)

Tool info

Hoe kunnen wij u helpen?

BLIJF OP DE HOOGTE

Abonneer u op onze maandelijkse nieuwsbrief