Diferença entre a temperatura de transição do vidro e a temperatura de fusão

Diferença chave - Temperatura de transição do vidro x temperatura de fusão
 

A investigação das propriedades térmicas dos elastômeros é essencial para decidir sua aplicação final e os parâmetros do processo de fabricação. As propriedades térmicas dos elastômeros podem ser examinadas usando diferentes parâmetros de teste, como temperaturas de transição, faixa de temperatura útil, capacidade de calor, condutividade térmica, dependência de temperatura das propriedades mecânicas e coeficiente de expansão térmica linear. Existem dois tipos de parâmetros de temperatura que sofrem temperaturas de transição, a temperatura de transição vítrea (T_g) e temperatura de fusão (T_m) Na indústria de polímeros, essas temperaturas são usadas para a identificação de materiais e seus parâmetros de qualidade. A temperatura de transição dos polímeros pode ser avaliada com muita precisão usando instrumentos avançados como analisador mecânico dinâmico (DMA) e calorímetro diferencial de varredura (DSC). Na temperatura de transição vítrea, uma mudança reversível na fase de viscosa para vítrea ou vice-versa ocorre nas regiões amorfas do polímero devido a uma mudança de temperatura, enquanto que na temperatura de fusão, as regiões cristalina ou semi-cristalina de um polímero mudam para uma fase amorfa sólida. Esta é a principal diferença entre a temperatura de transição vítrea e a temperatura de fusão.

CONTEÚDO

1. Visão geral e principais diferenças
2. O que é a temperatura de transição do vidro
3. Qual é a temperatura de fusão
4. Comparação lado a lado - Temperatura de transição do vidro x Temperatura de fusão na forma tabular
5. Resumo

O que é a temperatura de transição do vidro?

A temperatura de transição vítrea é a temperatura na qual um estado viscoso ou emborrachado de um polímero amorfo ou semi-cristalino muda para um estado vítreo e quebradiço. Esta é uma transição reversível. Abaixo das temperaturas de transição vítrea, os polímeros são duros e rígidos como o vidro. Acima da temperatura de transição vítrea, os polímeros apresentam propriedades viscosas ou de borracha com menos rigidez. A transição vítrea é uma reação de segunda ordem, pois há uma mudança nos derivados. As mudanças no polímero acima e abaixo ocorrem devido ao movimento molecular devido às mudanças de energia. Esta temperatura é grandemente influenciada pela estrutura das moléculas. Além disso, também depende da frequência da deformação cíclica, do efeito da composição de ingredientes como plastificantes, cargas, etc., e da taxa de variação da temperatura.

Figura 01: Densidade na temperatura

De acordo com as observações experimentais, verificou-se que em um polímero simétrico, a temperatura de transição vítrea é metade da sua temperatura de fusão, enquanto que em um polímero assimétrico, a temperatura de transição vítrea é 2/3 do seu valor de fusão (em graus de Kelvin). No entanto, essas relações não são universais e apresentam desvios em muitos polímeros. A transição vítrea é importante para determinar a faixa de trabalho do polímero, avaliando a flexibilidade e a natureza da resposta ao estresse mecânico.

O que é temperatura de fusão?

A fusão é outro parâmetro importante de transições térmicas em polímeros. Normalmente, a temperatura de fusão é a temperatura na qual ocorre uma transição de fase; por exemplo, sólido para líquido ou líquido para vapor.

Figura 02: Fusão

Contudo, no que diz respeito aos polímeros, a temperatura de fusão é uma temperatura à qual ocorre uma transição de uma fase cristalina ou semi-cristalina para uma fase amorfa sólida. A fusão é uma reação endotérmica de primeira ordem. A entalpia de fusão do polímero pode ser usada para calcular o grau de cristalinidade, dado que a entalpia de fusão de 100% do mesmo polímero é conhecida. Conhecer a temperatura de fusão também é muito importante, pois fornece uma idéia sobre a faixa de trabalho de um polímero.

Qual é a diferença entre a temperatura de transição do vidro e a temperatura de fusão?

Temperatura de transição de vidro vs temperatura de fusão
Temperatura de transição vítrea é a temperatura na qual um estado viscoso ou emborrachado de um polímero amorfo ou semi-cristalino muda para um estado vítreo quebradiço.	Temperatura de transição vítrea é a temperatura na qual um estado viscoso ou emborrachado de um polímero amorfo ou semi-cristalino muda para um estado vítreo quebradiço.
Ordem de Reação
A transição vítrea é uma reação de segunda ordem.	O derretimento é uma reação de primeira ordem.
Acima de Tg ou Tm
As regiões amorfas tornam-se emborrachadas, menos rígidas e não quebradiças	Regiões cristalinas se transformam em regiões amorfas sólidas.
Abaixo de Tg ou Tm
As regiões amorfas tornam-se vítreas, rígidas e quebradiças.	Regiões cristalinas estáveis
Relacionamento (conforme observações experimentais)
Tg = 1/2 Tm (para polímeros simétricos)	Tg = 2/3 Tm (para polímeros assimétricos)

Resumo - Temperatura de transição do vidro x temperatura de fusão

As temperaturas de transição vítrea e de fusão são propriedades muito importantes de transição térmica dos polímeros. Acima da temperatura de transição vítrea, os polímeros possuem propriedades emborrachadas, enquanto, abaixo dessa temperatura, possuem propriedades vítreas. A transição vítrea ocorre em polímeros amorfos. A fusão é a mudança de fase do cristalino para o sólido amorfo. A temperatura de fusão é importante para calcular o grau de cristalinidade. Ambos os valores de temperatura são extremamente úteis para determinar a qualidade e a faixa de trabalho dos polímeros.

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Referência:

1. Adams, Robert D., et al. Juntas adesivas estruturais em engenharia. Chapman & Hall, 1997.
2. Gowariker, V. R., Viswanathan, N. V., & Sreedhar, J. Polymer science. New Age International, 1986.
3. Rosato, Donald V. e Marlene G. Rosato. Enciclopédia concisa de plásticos. Springer Science & Business Media, 2000.

Cortesia da imagem:

1. “Densidade na temperatura” Por Booyabazooka na Wikipedia em inglês (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. “Gelo preto e cinza” (CC0) via PEXELS