Der Glasübergang, Tg, ist die Temperatur, bei der ausgehärtete Epoxidharze von starr und glasartig zu gummiartig und flexibler werden. Die meisten von uns halten ausgehärtete Epoxidharze für ziemlich harte (Shore D) Materialien; Und das sind sie aufgrund der vernetzten Natur ihrer Moleküle. Aber wenn man sie erhitzt, entspannen sich die molekularen Bindungen etwas, werden etwas flexibler, und während das Epoxidharz noch vernetzt ist, wird jedes Epoxidharz bei höheren Temperaturen weicher und gummiartiger.
Der Glasübergang ist analog zum Schmelzpunkt eines Feststoffs (ein Phasenwechsel). Der Unterschied besteht darin, dass Epoxidharze keine kleinen, einfachen Moleküle wie Wasser (denken Sie an Eis) oder Atome wie reine Metalle sind. Eis und Metalle sind Materialien mit genau definierten Schmelzpunkten. Epoxide sind Moleküle mit Kettenlängen, die sich mit den benachbarten Epoxidmolekülen verschränken und beim Aushärten vernetzte Stellen zwischen den Molekülen bilden. Ein ausgehärtetes Epoxidharz ist eine Matrix, die zufällig zu einer starren Masse zusammengebunden ist. Aber diese Masse reagiert immer noch auf Temperaturänderungen – nur nicht so frei wie die uneingeschränkten Wassermoleküle und die Metallatome.
Die Tg ist keine genau definierte Einzeltemperatur. Das Erweichen des Epoxidharzes erfolgt über einen Temperaturbereich von typischerweise etwa 10 Grad. Das Diagramm links zeigt eine verallgemeinerte Version des Tg-Übergangspunkts. Die linke Seite der Kurve ist der Bereich des festeren, glasartig ausgehärteten Epoxidharzes. Die steilere rechte Seite der Kurve ist der gummiartige Zustand des ausgehärteten Epoxidharzes. Ein einzelner Punkt, die Tg, wird bestimmt, indem die linearen Teile der Kurve vor und nach dem Wendepunkt verlängert werden, um zu einem einzelnen Punkt zu gelangen. Auf Datenblättern wird die Tg typischerweise als einzelne Zahl angegeben, die sich zentral im Wendepunkt der Kurve befindet.
Die Tg eines beliebigen ausgehärteten Epoxidharzes hängt vom Aushärtungsverfahren ab. Die Aushärtung bei Raumtemperatur führt zu niedrigeren Tg-Werten. Für höhere Tg-Werte ist eine Härtung bei erhöhter Temperatur erforderlich. Die höchsten Tg-Werte erfordern die maximale Vernetzungsdichte, was eine ausreichende Temperatur erfordert, damit selbst die entferntesten Vernetzungsstellen reagieren können. Eine vollständige Vernetzung ist nicht nur erforderlich, um eine hohe Tg zu erreichen, sondern auch für viele andere physikalische Eigenschaften des Epoxidharzes, die im Datenblatt angegeben sind. Dies unterstreicht die Bedeutung der Entwicklung und Aufrechterhaltung guter Prozesskontrollen für die Aushärtung von Epoxidharzen.
Ein Grund, die Tg zu berücksichtigen, ist die Auswahl eines für eine Anwendung geeigneten Epoxidharzes. Für eine Anwendung, die ein flexibles Epoxidharz erfordert, ist eine niedrige Tg, also etwas unter 0 °C, angemessen. In den meisten Fällen wäre es tatsächlich kein Epoxidharz; eher ein Silikonmaterial. Aber so oder so hat ein Silikon oder flexibles Epoxidharz die Fähigkeit, sich zu bewegen und Spannungen zu absorbieren – wie bei einer Anwendung, bei der das Epoxidharz als Dichtmittel fungiert oder Stoß- und Vibrationsschutz bietet. Andere Anwendungen erfordern möglicherweise die stärksten physikalischen Eigenschaften des Epoxidharzes; In diesem Fall wäre eine hohe Tg (relativ zum Betriebsbereich der Anwendung) angemessen. Dabei würden die hohen Festigkeits-, Druck-, Spannungseigenschaften usw. des Epoxidharzes genutzt.
Ein weiterer Grund, die Tg in Betracht zu ziehen, besteht darin, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient (TCE oder CTE) bei Temperaturen unter der Tg kleiner und bei Temperaturen über der Tg größer ist - manchmal ziemlich dramatisch (wie in der folgenden Tabelle gezeigt).
Abhängig von der Anwendung kann dies die Leistung eines Geräts beeinträchtigen. Wenn dies der Fall ist, ist es wichtig, ein Epoxidharz mit einer Tg auszuwählen, die vollständig über oder unter dem normalen Betriebstemperaturbereich des Geräts liegt.
Das Endergebnis von Tg? Die Tg liefert wichtige Informationen über die Beschaffenheit eines bestimmten Epoxidharzes bei seiner Betriebstemperatur.
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