درجة حرارة التحول الزجاجي
بما ان المواد الصلبة موجودة بالحالتين البلورية وغير البلورية (الزجاجية) لذا يؤخذ احتمالان عند انتقال حالة السائل المتوازنة الى الحالة الصلبة وهما:التبلور والانتقال الزجاجي.
ويعرف (التبلور) بأنه الانتقال من الحالة ذات الترتيب قصير المدى الى الحالة الثانيه ذات الترتيب الطويل المدى او بتعبير اخر تكوين طور جديد0
اما الانتقال الزجاجي فأنه عملية تحول السائل المتحرك الى الحالة الصلبة بدون أي تغيير في طوره ,أي ان الترتيب القصير المدى للسائل يبقى كما هو في الحالة الصلبة الجديدة أي لا يمتلك نسقآ بلوريآ معينآ .
اولآ لنفترض ان البوليمر عشوائي بالكامل completely amorphous polymer ان هذه البولمرات لا تتبلور ابدآ حتى عندما تبرد من المنصهر تبريدآ بطيئآ جدآ.ان التأثير الرئيسي لتبريد المنصهر هو نقصان عنف الهياج الحراري للمقاطع الجزيئية.
في المنصهر , مقاطع الجزيئات تغير مكانها بواسطة القفزات المنشطة حراريآ thermal activated jumps))وفي الحقيقة ان عدد القفزات خلال ثانية يكون كبير جدآ فوق jumps per s 100
واذا استمر التبريد حتى نصل الى درجة حرارية يكون عندها معدل الحركة المقطعية segmental movement بطيئآ جدآ وحتى نصل الى توقف كامل لهذه الحركة بعدها فأن النموذج البوليمري سيتكون من جزيئات طويلة متشابكة باسلوب يشبه السائل (liquid-like) لكن مع غياب كامل للحركة الجزيئية السريعة (rapid molecular motion) هذه هي الحالة الزجاجية glassy state immobilily وانها تتميز عن حالة السائل من اعتبار واحد فقط وهو اعاقة الاعمدة الفقرية الجزيئية molecn lar back bones التي تكون مجمدة freezen في هيئات مكومة crumpled conformatian أي لا يوجد تحول طوري.
أي انه عندما يبرد سائل ما بسرعة تزداد لزوجته وتقل طاقته الحركية الى حد كبير مما يؤدي الى منع الجزيئات من التجمع لتكوين لأنساق البلورية.
التوضيح البسيط لتوقف الحركة الجزئية مبين بالاعتماد على تغير الحجم النوعي مع تغير درجة الحرارة كما في الشكل ادناه.
ملاحظة /
( للبوليمرات التي تمتلكRMM منخفض فأن Tgلها تبين الانتقال من الزجاج الى السائل liquid أما البوليمرات التي لها RMM عالي فان Tg لها تبين الانتقال من glass الى (rubber) .
في الحالة الزجاجية (a - b ) في المخطط اعلاه ، التمدد الحراري ( زيادة v ) هو بسبب زيادة فصل التكوينات لكن بقاء الجزيئات معاقة من الحركة immobile أي لم يحدث بعد تحول الى السائل او المطاط لأن الحركة الجزيئية معاقة وهذا يعتمد على القوى الثانوية بين الجزيئاتsecondery forces . والبنية الجزيئية Molecular Conformation لا تتغير لان الجزيئات مجرد تتحرك بعيداً عن بعضها البعض بشكل قليل بسبب الحرارة .
:(c-d) عند تسخين بوليمر زجاجي ضمن مدى درجات حرارة والذي عنده تسرع مقاطع الجزيئات لان تغيير مواقعها بواسطة قفزات منفصلة وهذا سيظهر زيادة في معامل التمدد الحراري.
(e-f) وبزيادة درجة الحرارة اكثر فان معامل التمدد الحراري يستمر بالزيادة حتى يصل اخيراً الى قيمة ثابتة ومرتفعه وصولاً الى السائلliquid .
تختلف جزيئات البوليمرات عن جزيئات المركبات ذات الوزن الجزيئي الواطئ (مثل المعادن) في ان الاخيرة تكون متبلورة 100% بينما البوليمرات تحتوي جزيئاتها على مناطق متبلورة واخرى غير متبلورة أي لا يوجد هنالك بوليمر متبلور 100% لهذا السبب فان البوليمرات شبه المتبلورة هذه عند درجات حرارة اقل من درجة حرارة الانصهار لا يكون لها قوام صلباً وانما يكون لها قوام جلدي او مطاطي . وهذه المرحلة الوسطية –بين الصلب والسائل – او الحالة المرحلية التي يتخذ فيها البوليمر قوام طرياً قبل الانصهار تمثل حالة تلين فيها المناطق غير المتبلورة في البوليمر مع بقاء المناطق المتبلورة صلبة كما هي وبزيادة درجة التسخين تبدأ المناطق المتبلورة بالانصهار ويتحول كل البوليمر الى سائل .
ووجد أنه اذا خفضت درجة الحرارة التي يتعرض لها بوليمر صلب ( جلدي) بالتبريد التدريجي للعينه فأنه يحدث عند الوصول الى درجة حرارة معينة تجمد المناطق غير المتبلورة في البوليمر وتتسبب في تحويل البوليمر الى الحاله الزجاجية الصلبة وتسمى درجة الحرارة المنخفضة التي يتحول فيها البوليمر الى الحاله الزجاجية بدرجة حرارة التحول الزجاجي : (Tg) وتعرف بانها درجة الحرارة ( مدى درجات الحرارة ) التي عندها يتحول البوليمر بالتبريد من مادة قوامها جلدي الى مادة زجاجية قاسية وهي تمثل حالة انتقال من الدرجة الثانية (وجود حالة مرحلية_ القوام الجلدي )وهي ميزة تميز البوليمرات عن المركبات ذات الوزن الجزيئي الواطئ وذلك بسبب وجود المناطق غير المتبلورة .
وعند (Tg) يتم تحول مفاجئ في معظم صفات البوليمر مثل الكثافة والحجم النوعي ولذلك فهي تمثل نقطة التغيير المفاجئ في علاقة الحجم النوعي او الكثافة مع التغيير في درجات الحرارة.
* (Tg) تعتمد بعض الشيء على معدل التبريد فهي تصبح اقل لمعدل التبريد الاقل (طردي).
* البوليمر في درجة حرارة (Tg) > (t) ي
المادة المعروضة اعلاه هي مدخل الى المحاضرة المرفوعة بواسطة استاذ(ة) المادة . وقد تبدو لك غير متكاملة . حيث يضع استاذ المادة في بعض الاحيان فقط الجزء الاول من المحاضرة من اجل الاطلاع على ما ستقوم بتحميله لاحقا . في نظام التعليم الالكتروني نوفر هذه الخدمة لكي نبقيك على اطلاع حول محتوى الملف الذي ستقوم بتحميله .
|