Температура стеклования полиэфирной смолы: от чего она зависит

Температура стеклования (Tg) — температура, при которой полимерная матрица переходит из твёрдого, стеклообразного состояния в более мягкое.

Это не постоянное число «по паспорту», а величина, которая зависит от степени отверждения, состава смолы и метода измерения.

Чем полнее отверждение, тем выше Tg

По мере отверждения формируется всё более плотная сетка полимерных связей. Чем выше степень отверждения, тем выше и температура стеклования.

низкая степень отверждения

средняя

высокая (полное отверждение)

Температура стеклования растёт вместе со степенью отверждения смолы.

Поэтому недоотверждённое изделие может не просто быть «немного слабее» — у него может быть заметно ниже Tg, а значит, ниже температура, при которой материал начинает терять жёсткость. Подробнее — в статье «Отверждение полиэфирной смолы: температура и время».

Состав смолы тоже влияет на Tg

В исследовании Van Assche сравнивали две смолы разного химического состава с разным содержанием стирола. У них отличалась не только вязкость и скорость отверждения (см. статью «Вязкость полиэфирной смолы и отверждение»), но и температура стеклования отверждённой сетки.

Подробнее о механизме влияния стирола — в статье «Содержание стирола в полиэфирной смоле».

Метод измерения тоже даёт разные цифры

Отдельный источник различий — сам способ измерения. В диссертации Hofmann для стеклопластика на основе двух систем различного химического состава Tg измеряли по двум разным критериям DMA-анализа: по началу падения модуля упругости (onset) и по пику tan δ.

Для традиционной смолы получили примерно 71°C (onset) и 94°C (пик tan δ). Для смолы на основе растительного сырья — примерно 64°C (onset) и 87°C (пик tan δ).

Традиц., onset

71 °C

Традиц., tan δ

94 °C

Раст. сырьё, onset

64 °C

Раст. сырьё, tan δ

87 °C

Температура стеклования по данным Hofmann, измеренная разными критериями DMA для стеклопластика (композита, не чистой смолы).

Сравнивать корректно только значения одним и тем же критерием: onset с onset (71 ↔ 64), пик tan δ с пиком tan δ (94 ↔ 87). Сравнение onset одной системы с tan δ другой не имеет смысла.

Это значения температуры стеклования композита (стеклопластика), а не чистой смолы — армирование и технология изготовления тоже влияют на результат измерения.

Три фактора, которые определяют итоговое значение

Степень отверждения

Состав смолы

Метод и критерий измерения

Итоговое значение Tg зависит одновременно от всех трёх факторов.

Поэтому цифра «Tg = X°C» без указания степени отверждения, состава смолы и метода измерения малоинформативна и не переносится напрямую на другую систему.

На какую температуру смотреть при выборе смолы

Практический пример-ориентир Леонида: Tg = 120°C, HDT ≈ 100°C, а для постоянной эксплуатации закладывают ориентир около 80°C.

Tg

120 °C

HDT

≈100 °C

Длительная эксплуатация

≈80 °C

Tg → HDT (примерно на 20°C ниже) → эксплуатационный ориентир с дополнительным запасом.

Это практический ориентир эксперта, а не универсальная формула. Реальная рабочая температура зависит от конкретной смолы, степени отверждения, нагрузки, среды, конструкции и требований производителя материала.

Tg = 120°C в технических данных не означает, что изделие рассчитано на постоянную эксплуатацию при 120°C.

Главное

Температура стеклования не является фиксированным паспортным числом — она зависит от степени отверждения, состава смолы и метода измерения.

В диссертации Hofmann для двух систем GFRP Tg составила порядка 71°C/94°C (традиционная смола) и порядка 64°C/87°C (смола на основе растительного сырья) — в зависимости от критерия измерения DMA.

Прежде чем сравнивать значения Tg, нужно убедиться, что они получены на одинаковой степени отверждения и одинаковым методом. А при выборе смолы для нагруженного изделия важно смотреть не только на Tg, но и на HDT.