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玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔點(diǎn)有什么關(guān)系

2026-01-18

  玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和熔點(diǎn)(Tm)是物質(zhì)在不同狀態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中涉及的兩個(gè)關(guān)鍵溫度參數(shù),二者在定義、轉(zhuǎn)變機(jī)制、適用對(duì)象及影響因素等方面存在顯著差異,但在特定條件下也存在一定關(guān)聯(lián),具體分析如下:

  定義與轉(zhuǎn)變機(jī)制

  玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg):是非晶態(tài)物質(zhì)(如無(wú)定形聚合物、非晶態(tài)無(wú)機(jī)物等)在升溫或降溫過(guò)程中,從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)(或反之)的臨界溫度。這一轉(zhuǎn)變本質(zhì)是分子鏈段運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變,屬于無(wú)潛熱的二級(jí)相變,伴隨比熱容、模量等物理性能的突變。

  熔點(diǎn)(Tm):是晶體物質(zhì)從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的溫度,屬于熱力學(xué)一級(jí)相變過(guò)程,伴隨明顯的相變潛熱,表現(xiàn)為顯著的吸熱峰或放熱峰。

  適用對(duì)象

  Tg:主要針對(duì)非晶態(tài)物質(zhì),如無(wú)定形聚合物、非晶態(tài)無(wú)機(jī)物等。結(jié)晶態(tài)物質(zhì)若結(jié)晶度較低可能出現(xiàn)微弱Tg信號(hào),結(jié)晶度極高時(shí)則無(wú)明顯Tg或被結(jié)晶峰掩蓋。

  Tm:主要針對(duì)晶體物質(zhì),如金屬、離子晶體、分子晶體等。非晶體物質(zhì)沒有固定的熔點(diǎn)。

  轉(zhuǎn)變過(guò)程與特征

  Tg:是一個(gè)連續(xù)的松弛過(guò)程,轉(zhuǎn)變溫度范圍較寬,源于非晶物質(zhì)中分子鏈段的運(yùn)動(dòng)具有多尺度松弛時(shí)間,不同鏈段在不同溫度區(qū)間逐步松弛。

  Tm:是一個(gè)突變過(guò)程,在達(dá)到熔點(diǎn)時(shí),物質(zhì)的分子之間的排列結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,使得固態(tài)的排列結(jié)構(gòu)發(fā)生解離,形成自由流動(dòng)的液體。

  影響因素

  Tg:受分子結(jié)構(gòu)、分子間作用力、交聯(lián)度、分子量、增塑劑等因素影響。例如,分子鏈柔性越大,Tg越低;分子間作用力越強(qiáng),Tg越高。

  Tm:受分子結(jié)構(gòu)、相互作用力、晶體結(jié)構(gòu)、壓強(qiáng)、雜質(zhì)等因素影響。例如,晶體結(jié)構(gòu)越有序,熔點(diǎn)越高;雜質(zhì)的存在會(huì)降低熔點(diǎn)。

  二者關(guān)系

  對(duì)于非晶態(tài)物質(zhì):只有Tg,沒有Tm。隨著溫度升高,非晶態(tài)物質(zhì)會(huì)逐漸變軟,但不會(huì)經(jīng)歷從固態(tài)到液態(tài)的突變。

  對(duì)于半結(jié)晶聚合物:既具有無(wú)定形區(qū)域(對(duì)應(yīng)Tg),也具有結(jié)晶區(qū)域(對(duì)應(yīng)Tm)。在升溫過(guò)程中,半結(jié)晶聚合物會(huì)先經(jīng)歷玻璃化轉(zhuǎn)變(Tg),然后隨著溫度繼續(xù)升高,結(jié)晶區(qū)域開始熔化(Tm)。

  溫度關(guān)系:對(duì)于同一物質(zhì),若同時(shí)存在Tg和Tm,通常Tm高于Tg。這是因?yàn)門g是分子鏈段開始運(yùn)動(dòng)的溫度,而Tm是整個(gè)分子鏈開始運(yùn)動(dòng)的溫度。

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