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玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)和熔點(Tm)是物質(zhì)在不同狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程中涉及的兩個關(guān)鍵溫度參數(shù),二者在定義、轉(zhuǎn)變機制、適用對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)變機制
玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg):是非晶態(tài)物質(zhì)(如無定形聚合物、非晶態(tài)無機物等)在升溫或降溫過程中,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)是分子鏈段運動狀態(tài)的改變,屬于無潛熱的二級相變,伴隨比熱容、模量等物理性能的突變。
熔點(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)一級相變過程,伴隨明顯的相變潛熱,表現(xiàn)為顯著的吸熱峰或放熱峰。
適用對象
Tg:主要針對非晶態(tài)物質(zhì),如無定形聚合物、非晶態(tài)無機物等。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,結(jié)晶度極高時則無明顯Tg或被結(jié)晶峰掩蓋。
Tm:主要針對晶體物質(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。
轉(zhuǎn)變過程與特征
Tg:是一個連續(xù)的松弛過程,轉(zhuǎn)變溫度范圍較寬,源于非晶物質(zhì)中分子鏈段的運動具有多尺度松弛時間,不同鏈段在不同溫度區(qū)間逐步松弛。
Tm:是一個突變過程,在達(dá)到熔點時,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,Tg越高。
Tm:受分子結(jié)構(gòu)、相互作用力、晶體結(jié)構(gòu)、壓強、雜質(zhì)等因素影響。例如,晶體結(jié)構(gòu)越有序,熔點越高;雜質(zhì)的存在會降低熔點。
二者關(guān)系
對于非晶態(tài)物質(zhì):只有Tg,沒有Tm。隨著溫度升高,非晶態(tài)物質(zhì)會逐漸變軟,但不會經(jīng)歷從固態(tài)到液態(tài)的突變。
對于半結(jié)晶聚合物:既具有無定形區(qū)域(對應(yīng)Tg),也具有結(jié)晶區(qū)域(對應(yīng)Tm)。在升溫過程中,半結(jié)晶聚合物會先經(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:對于同一物質(zhì),若同時存在Tg和Tm,通常Tm高于Tg。這是因為Tg是分子鏈段開始運動的溫度,而Tm是整個分子鏈開始運動的溫度。