Glasübergangstemperatur: Was ist damit gemeint?

Lösung: C. Je größer die Abkühlgeschwindigkeit, desto höher ist Tg

Beim Abkühlen einer Schmelze steigt die Viskosität steil an; bei der Temperatur, bei der die Umlagerung der Atome mit der Abkühlung nicht mehr Schritt halten kann, friert die Struktur ein, und die Steigung des spezifischen Volumens über der Temperatur ändert sich. Diese Temperatur ist die Glasübergangstemperatur Tg; als Richtwert für die Viskosität gelten etwa 10¹² Pa·s. Je schneller abgekühlt wird, desto weniger Zeit haben die Atome zur Umlagerung, sodass die Struktur bei höherer Temperatur einfriert und Tg höher liegt; die eingefrorene Struktur hat dann eine geringere Dichte. Tg ist nicht die Temperatur eines thermodynamischen Phasenübergangs wie der Schmelzpunkt und daher nicht unabhängig von der Abkühlgeschwindigkeit. Diese Eigenschaft spielt auch beim Abbau von Eigenspannungen durch langsames Abkühlen (Feinkühlen) des Glases eine Rolle.

Lösung: B. Tg ist die Temperatur, bei der die Kettenbewegung im amorphen Anteil einfriert bzw. freigegeben wird, und liegt unter Tm

Teilkristalline Polymere bestehen aus kristallinen und amorphen Bereichen. Tg ist die Temperatur, bei der die Segmentbewegung der Molekülketten im amorphen Anteil einfriert bzw. freigegeben wird; unterhalb von Tg ist das Polymer hart und glasartig, oberhalb gummiartig. Tm ist die Temperatur, bei der die kristallinen Bereiche schmelzen; Tg liegt stets unter Tm, und bei vielen Polymeren beträgt Tg/Tm (als Verhältnis der absoluten Temperaturen) etwa 0,5 bis 0,8. PET hat zum Beispiel eine Tg von etwa 70 bis 80 °C und eine Tm von etwa 260 °C. Das Schmelzen der kristallinen Bereiche beschreibt Tm; amorphe Polymere wie Polystyrol haben keine Tm, wohl aber eine Tg. Polymere wie Polyethylen, deren Tg unter Raumtemperatur liegt, sind bei Raumtemperatur flexibel, weil ihr amorpher Anteil gummiartig ist.