Polimerlerde Camsı Geçiş Sıcaklığı (Tg) ve Erime Sıcaklığı (Tm)

Polimerlerde Camsı Geçiş Sıcaklığı (T_g) ve Erime Sıcaklığı (T_m)

Termoplastiklerin davranışları sıcaklığa bağımlıdır. Burada iki kritik sıcaklık olan camsı geçiş ve erime sıcaklığından bahsedeceğim.

Öncelikle polimerlerin termal davranışlarından söz edebilmek için amorf, kristal ve yarı kristal yapıyı anlamamız gerekiyor.

Amorf Yapı:

Genellikle karmaşık yapılı olan polimerlerin yapısıdır. Amorf yapıdaki polimerlerin dayanımı ve sıcaklık direnci düşüktür, yapışkanlığı iyidir, genellikle saydamdır ve maliyeti düşüktür. Bu tip polimerlere örnek olarak polimetil metakrilat (PMMA), polistiren (PS), akrilonitril bütadien stiren (ABS), polikarbonat (PC) ve polivinil klorür (PVC) verilebilir.

%100 amorf polimerler saydamdır, çünkü aralarındaki boşluk ışığın geçebileceği kadardır. Hani pet şişeyi yakarsak yanan yer beyaz olur ya; bunun sebebi pet şişenin üretilirken çok hızlı soğutulması ve %100 amorf olmasıdır, yani biz yaktığımızda yavaş soğur ve kristal yapıda olur.

Kristalin Yapı:

Genellikle basit yapılı olan polimerlerin yapısıdır. %100 kristal yapılı polimer bulunmamaktadır.

Yarı Kristalin Yapı:

Birçok polimer kristal düzeninde bir katıyla viskozitesi çok yüksek, yani amorf halinin karışımı halindedir. Bu durumda diyebiliriz ki yarı kristal polimerlerde amorf ve kristal bölgeler birlikte bulunur.

Yarı kristalin yapıdaki polimerlerin dayanımı ve sıcaklık direnci düşüktür, kimyasal direnci çok iyidir, nem emilimi neredeyse hiç yoktur, elektriksel özellikleri çok iyidir ve maliyeti düşüktür. Bu tip polimerlere örnek olarak polietilen (PE), polipropilen (PP), poliamid (PA) ve polietilen teraftalat (PET) verilebilir.

Camsı Geçiş Sıcaklığı

Zincir, ısı etkisiyle artan enerjisini kinetik enerji olarak harcar, kendini daha az enerjili bir duruma getirir. Aslında bu durum tüm sıcaklıklar için söz konusudur, ancak öyle bir sıcaklık değerine ulaşılır ki bu hareketlilik tüm zincirlere yayılır. Bu sıcaklığa “camsı geçiş sıcaklığı” denir.

Bunu biraz daha anlaşılır kılarsak; zincire enerji (ısı) verilince genleşir, çünkü sıcaklık arttıkça çekim kuvveti azalır. Öyle bir sıcaklık olur ki tüm zincirler harekete geçer. Zincirlerin harekete geçtiği bu sıcaklık da camsı geçiş sıcaklığıdır.

Camsı geçiş sıcaklığındaki polimerler kağuçuğumsu yapıdadır.

Polimer zincirleri arasındaki boşluklar –serbest hacim- camsı geçiş sıcaklığında maksimuma ulaşır. Genellikle camsı geçiş sıcaklığında serbest hacim, toplam hacmin %10’u kadar olur.

Polimer camsı özellikler sergilerken, camsı geçiş sıcaklığında ve üzerinde daha yumuşak, viskoelastik davranış sergiler. Yani T_g’nin altında kırılgan, üstünde ise elastiki olur.

Polimer, camsı geçiş sıcaklığının üzerinde ısıtılmaya devam edilirse kauçuğumsu davranışı bırakarak zamk benzeri bir sıvı halini alır.

Camsı geçiş sıcaklığı polimerin saflığı, zincir yapısı ve bu zincirlerin birbiri üzerinde hareket kabiliyeti vb. özelliklerine bağlıdır.

Erime Noktası

Sıvı fazdaki polimer soğutulmaya başlandığında enerjisi azalır ve böylelikle moleküllerin dönme ve titreşim hareketleri de azalmaya başlar. Yeteri kadar soğuma gerçekleşirse polimer kristallenir. Polimer kristallerinin katı fazdan sıvı faza geçtiği sıcaklık “erime noktası”dır.