Glasübergangstemperatur
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Die Glasübergangs- oder Erweichungstemperatur (TG) ist die Temperatur, bei der ein Glas oder ein amorpher Kunststoff die größte Änderung der Verformungsfähigkeit aufweist. Dieser so genannte Glasübergang trennt den unterhalb liegenden spröden energieelastischen Bereich (=Glasbereich) vom oberhalb liegenden weichen entropieelastischen Bereich (=gummielastischer Bereich). Der Übergang in den Fließbereich des amorphen Kunststoffs ist fließend. Durch die Aufnahme von Feuchte (siehe auch: Alterung) sinkt die Glasübergangstemperatur bei polymeren Werkstoffen ab.
Teilkristalline Kunststoffe besitzen sowohl eine Glasübergangstemperatur, unterhalb derer die amorphe Phase 'einfriert' (einhergehend mit Versprödung), als auch eine Schmelztemperatur, bei der sich die kristalline Phase auflöst. Die Schmelztemperatur trennt den entropieelastischen Bereich deutlich vom Fließbereich ab. Kristalline Kunststoffe weisen im Gegensatz dazu nur eine Schmelztemperatur auf. Handelsübliche Kunststoffe besitzen einen kristallinen Anteil von 20% bis 80%.
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[Bearbeiten] Messung
Die Messung der Glasübergangstemperatur kann mit Hilfe der Dynamisch Mechanischen Analyse (DMA) oder der dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) erfolgen. Bei der DMA wird eine starke Änderung des E- und G-Moduls sowie ein ausgeprägtes Maximum der Änderung der Dämpfung in einem engen Temperaturbereich beobachtet. Das DSC-Signal ändert sich dabei ebenfalls deutlich.
Da die Glasübergangstemperatur von der Heiz- bzw. Kühlrate bei der Messung abhängt, wird für sie häufig ein Temperaturintervall angegeben. Im allgemeinen nimmt sie mit steigender Rate zu.
[Bearbeiten] Einsatztemperatur von Kunststoffen
Die Art des Kunststoffes entscheidet darüber, ob er oberhalb oder unterhalb der Glasübergangstemperatur verwendet werden kann. Allgemein steigt die Glasübergangstemperatur mit der Vernetzungsdichte des Kunststoffes.
- Amorphe Thermoplaste: Einsatz unterhalb der Glasübergangstemperatur.
- Teilkristalline Thermoplaste: Der Einsatz über die Glasübergangstemperatur hinaus ist möglich. Die Schmelztemperatur bildet meistens die obere Einsatzgrenze.
- Elastomere: Einsatz oberhalb der Glasübergangstemperatur. Die Zersetzungstemperatur bildet die obere Temperaturgrenze.
- Duroplaste: Einsatz bis unterhalb Tc (Cracktemperatur bzw. Zersetzungstemperatur)
[Bearbeiten] Auswirkungen
Für das Unglück des Space Shuttle Challenger wurde eine elastomere O-Ring-Dichtung verantwortlich gemacht, die unterhalb ihrer Glasübergangstemperatur betrieben wurde, wo sie nur ungenügend elastisch war und folglich nicht dicht blieb. Austretender Treibstoff führte daraufhin zur Explosion der Raumfähre.
