脆性温度与玻璃化转变温度是什么关系?
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发布时间：2022-05-04 01:23
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时间：2022-06-20 09:43
玻璃化温度和脆性温度是聚合物（包括橡胶）在低温下，力学性能发生形态突变时的对应温度。这种力学行为可以外力作用下的形变来表征。假定以固定负荷来测定其温度突变时橡胶的形变量，则随着温度由低到高，可分成A,B,C,D,E五个分区，如图所示
图1，温度变化时橡胶形变量的变化
A-
玻璃态B过渡区C高弹态D过渡区E粘液态；Tb-脆性温度Tg-玻璃化温度Tf-粘流温度
图1中，A区的温度在玻璃化温度Tg和脆性温度Tb之间，在此区间，橡胶处于玻璃态，仅一小部分链段，侧基、支链和较小链节能作内旋转，就是说，橡胶分子只能在原位振动，且形变量极为有限。C区的温度在Tb和Tf（粘流温度）之间。在此区间，橡胶处于高弹态，当受外力作用时，形变量较大。当被拉伸时，分子链由卷曲状变为伸直，而外力去除后，分子链又恢复到卷曲状。这种形变被称为高弹性形变或弹性形变。此时的橡胶柔软而富有弹性。当外界温度升高到Tf（粘流温度）后，橡胶进入了E区，其状态由高弹态转入粘流态（高粘度流体状态）。此时，当橡胶受外力作用时，整个分子链和局部链段都作运动，形变非常容易而强烈，形变量大而且不可逆，这种形变称为塑性形变。
图中的B和D是两个狭窄的过渡区，其中B区是A区向C区转移的过度区；而D区是C和E之间的过渡区。因此，玻璃化温度在Tg表征橡胶达到玻璃态时的特定温度。而在Tg-Tb的A区内，橡胶虽处于玻璃态但其玻璃特征是不完整、不彻底的，因为在外力作用下，它还是有微量的形变产生。所以不能把玻璃态和玻璃化温度混为一谈。正确的概念应该是，Tg是橡胶完全丧失弹性时的特定起始温度；而玻璃态则是橡胶在低温下，接近于玻璃状态但仍保留微量弹性的状态。
A区另一端所对应的温度点是脆性温度Tb，其物理意义是橡胶在外来冲击力下出现断裂时的最高温度。换言之，外界温度高于此点，外力冲击就不在使它断裂。用脆性温度来衡量橡胶的低温性能更具有实用意义，因为温度高于此点，橡胶就进入高弹态，而玻璃化温度是橡胶保留弹性的最低温度极限，低于此，则弹性就完全消失了。所以，对于耐寒橡胶来说，总是把脆性温度Tb，而不是把玻璃化温度Tg作为考核指标。
通常，橡胶的低温性能主要取决于橡胶的分子结构。因为主链结构，侧基、极性等发生变化时，Tg、Tb也随之变化。凡是主链柔软、侧基少且不带极性基因的橡胶Tg，Tb均为偏低，如天然橡胶、顺丁橡胶就是典型代表。一般而言，各胶种的Tb比Tg高出15-20℃。当然，也有个别例外，如顺丁橡胶的Tb比Tg高出50℃，原因是其主链结构的两侧所连接的全是氢原子而非基团，因此柔顺度特别高，故Tg特别低，出现反常情况，各胶种的Tg和Tb详见表1
除了胶种以外，配合增塑剂也有助于降低玻璃化温度和脆性温度。因为它们都能提高分子链的柔软性，增进流动性。
差示扫描量热仪（DSC）将与材料转变相关联的温度和热流作为时间和温度的函数进行确定。该仪器还提供物理转变（由相变化、熔化、氧化以及其他与热相关的变化引起）期间材料吸热（热量吸收）和放热（热量散发）过程的定量与定性数据。
差示扫描量热仪可检测的材料性质：
