【问答】Tg是什么？

第2问：Tg是什么？...





第2问

最近有朋友在后台问了这样一个问题：Tg是什么？长弓侠借此就和大家来聊聊Tg的问题。

在材料学中，Tg指的就是玻璃化转变温度，其英文名字为glass transition temperature。学过高分子物理的人都知道，非晶态聚合物在一定应力下，由于温度的改变，可呈现三种物理状态：玻璃态、高弹态（橡胶态）、粘流态。（感兴趣的朋友可找《高分子物理》书详细研究下）

玻璃化转变温度指的就是非晶态聚合物（也包括晶态聚合物中的非晶态部分）在玻璃态向高弹态之间转变时的温度，是无定型聚合物大分子链段自由运动的最低温度。

从分子结构上讲，玻璃化转变温度是高聚物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象，而不像相转变那样有相变热，所以它不是一级相变。在玻璃化转变温度以下，高聚物处于玻璃态，分子链和链段都不能运动，只是构成分子的原子(或基团)在其平衡位置作振动；而在玻璃化转变温度时分子链虽不能移动，但是链段开始运动，表现出高弹性质，温度再升高，就使整个分子链运动而表现出粘流性质。

目前Tg的测试方法主要有：热机械分析法 （TMA） 、 差热分析法 （DTA） 和示差扫描量热法 （DSC）三种。其中最方便的方法是用DSC测量比热容随温度的变化。此外，还可以用核磁共振谱仪（NMR）来测定。其原理主要是聚合物的许多物理性能如热容、密度、热膨胀系数、电导率等都在该温度范围发生急剧变化，从而可以通过检测这些变化来测定其Tg。由于它们的测试方法原理不同，因而测试结果相差较大，不能相比。

玻璃化转变温度(Tg)是非晶态聚合物的一个非常重要的物理参数，那在实际应用中有什么指导作用呢？由于热固性树脂的固化物都属于非晶态聚合物，而产品都是在玻璃态使用，因此Tg越高，也就意味着产品的耐温性能越好。因此，Tg是衡量树脂耐温性能一个非常重要的指标。

既然聊起了温度，除了玻璃化转变温度，长弓侠还想跟大家再聊一个，那就是热变形温度。

热变形温度（全称负荷热变形温度，英文缩写：HDT）指的是对高分子材料或聚合物施加一定的负荷，以一定的速度升温，当达到规定形变时所对应的温度。是表达被测物的受热与变形之间关系的参数，用来衡量聚合物或高分子材料耐热性优劣的一种量度。

负荷不同，测出来的热变形温度的数值肯定也不一样，因此在说明热变形温度的时候一定要指明所施加的负荷，也就是相对应的标准。测量热变形温度的标准有很多，目前国内比较通用的有：国标（GB/T 1634.2）、国际标准化组织标准（ISO 75-2）、美国材料试验学会标准 （ASTM D648）以及欧共体标准等。

一般热变形温度通过热变形维卡温度测定仪来测定。

Tg和HDT的异同：

①Tg指的是分子链的链段开始运动时的温度。而HDT指的是材料在一定负荷下，以一定的升温速率达到一定变形量时所对应的温度。

②HDT并不是最高使用温度，最高使用温度需要根据制品的形状、受力情况以及其它相关条件等综合因素来确定。Tg也不一定就是制品的最高使用温度，正如前面所说，达到玻璃化转变温度时只是链段开始运动，在高弹态时制品形变是处于一种卸载后可缓慢恢复的状态，而且制品的耐温分短时和长期工作两种情况。因此在选择材料的时候，最安全当然是选择Tg大于使用温度的材料。如果从成本等因素考虑的话，使用温度略大于Tg也不是完全不可行，但一定要根据制品的具体要求，通过实验来进行测定。

③玻璃钢制品通过后固化处理（或称退火处理），其Tg和HDT都会有一定的提升。主要原因就是制品通过后固化升温，其内应力得到了消除。这一点对于我们在实际生产上具有非常好的指导意义。

综合来看，玻璃钢制品的耐温和很多因素相关，如制品形状、受力情况、使用环境、使用要求、接触介质、耐温时间等等。Tg和HDT通常只是作为选择材料时的一个参考值，制品的最高使用温度还是需要把所有相关的因素都考虑进来，最终通过实验来确定。

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