La transition vitreuse (Tg) est une transition physique réversible qui se produit lorsque la partie amorphe d'un matériau est chauffée ou refroidie dans une plage de température spécifique. En refroidissant un matériau en dessous de sa température de transition vitreuse, il devient cassant comme du verre, tandis qu'en chauffant au-dessus de la Tg, le matériau devient coriace puis caoutchouteux. Connaître la température de transition vitreuse (Tg en K ou °C) et la valeur de delta cp (en J/g°C) (= hauteur du palier sur le thermogramme) est utile pour déterminer la plage de température de fonctionnement ou la teneur en amorphe d'un matériau semi-cristallin.
Aperçu des sujets :
- Transition vitreuse en fonction de la température
- Températures de transition vitreuse de substances courantes
- Calorimétrie différentielle à balayage (DSC )
- Normes
- Logiciel STARe - Quatre méthodes de détermination de la transition vitreuse
- Conseils et astuces
- Applications
- Produits apparentés
- FAQs (en anglais)
Les propriétés physiques telles que la capacité thermique, Cp, le coefficient de dilatation thermique (CTE) et le module de stockage (G') changent à la transition vitreuse. La figure montre trois courbes différentes de polystyrène (PS) obtenues par calorimétrie différentielle à balayage (DSC), analyse thermomécanique (TMA) et analyse mécanique dynamique (DMA). La courbe Cp a été déterminée à partir d'un cycle de chauffage DSC à 5 K/min. Le PS a été préalablement refroidi par trempe. Le CTE a été obtenu à partir de la deuxième chauffe avec une TMA, et le module (G') a été déterminé avec une mesure de cisaillement DMA à 10 Hz.
Les propriétés physiques telles que la capacité thermique, Cp, le coefficient de dilatation thermique (CTE) et le module de stockage (G') changent à la transition vitreuse. La figure montre trois courbes différentes de polystyrène (PS) obtenues par calorimétrie différentielle à balayage (DSC), analyse thermomécanique (TMA) et analyse mécanique dynamique (DMA). La courbe Cp a été déterminée à partir d'un cycle de chauffage DSC à 5 K/min. Le PS a été préalablement refroidi par trempe. Le CTE a été obtenu à partir de la deuxième chauffe avec une TMA, et le module (G') a été déterminé avec une mesure de cisaillement DMA à 10 Hz.
Températures de transition vitreuse de matériaux courantes
Des matériaux différents ont des températures de transition vitreuse différentes. Cela facilite l'identification des matériaux. Les deux images ci-dessous montrent les Onset, Midpoints et les valeurs delta Cp des transitions vitreuses d'élastomères et de thermoplastiques courants.
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La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) est une technique de mesure polyvalente utilisée dans de nombreux laboratoires d'analyse, tant pour le contrôle de la qualité que pour la recherche et le développement. Elle mesure le flux de chaleur produit dans un échantillon lorsqu'il est chauffé, refroidi ou maintenu en isotherme à une température constante.
La DSC est une méthode courante pour déterminer la transition vitreuse en raison de sa facilité d'utilisation et de la rapidité de mesure.
Une DSC classique couvre généralement des mesures allant jusqu'à 700 °C. Toutefois, d'excellents résultats peuvent également être obtenus au-delà de 700 °C à l'aide d'un analyseur thermogravimétrique couplée à un calorimètre différentiel à balayage (TGA/DSC) METTLER TOLEDO.
Dans l'exemple du polychlorure de vinyle (PVC), la température de transition vitreuse et sa valeur delta cp dépendent du degré de chloration.
Normes
Une norme est utilisée pour fournir une norme comparative qui est à la fois largement appliquée et reconnue. Cela garantit que les résultats des essais dans les processus de production et d'essai appliquant la même norme sont uniformément comparables. Les normes peuvent - lorsqu'elles existent - remplacer la validation des méthodes d'analyse, qui est nécessaire pour l'assurance qualité, l'accréditation ou l'approbation. Aujourd'hui, la normalisation dans le domaine de l'analyse thermique est effectuée par de nombreuses organisations nationales et internationales, telles que l'ISO, l'ASTM, le DIN et le CEN.
Il existe de nombreuses normes qui régissent la détermination de la transition vitreuse. Il s'agit des normes ISO 11359-2, ISO 11357-2, EN 6032, ASTM E1356 ou ASTM D3418, pour n'en citer que quelques-unes.
Différentes méthodes peuvent être utilisées pour évaluer la transition vitreuse à partir de la courbe de flux thermique DSC. Le logicielSTARe de METTLER TOLEDO prend en charge les méthodes suivantes :
- Selon DIN
- Selon ASTM
- Selon Richardson
- Selon ISO
L'image ci-dessous montre les différentes méthodes d'évaluation et leurs résultats.
Conseils et astuces
Pour la technique la plus courante, la DSC : la mesure de données quantitatives de bonne qualité sur la transition vitreuse est une tâche difficile pour la DSC. Néanmoins, il s'agit d'une technique courante et utile en raison de la disponibilité des instruments DSC, de la préparation simple des échantillons, du temps de mesure relativement court, de la bonne précision et de l'évaluation facile à l'aide d'un logiciel commercial.
Voici quelques conseils et astuces pour obtenir de bonnes données :
- Stabilisez l'instrument avant la mesure
- N'utilisez jamais la première mesure après avoir allumé l'instrument.
- Vérifiez la reproductibilité à l'aide de mesures répétées
- La moyenne des différentes mesures améliore la précision.
- Placez les creusets propres avec précision sur le capteur.
- Si possible, utilisez des creusets dont la différence de masse est faible, <50 µg
- Recommandé : Creuset de 40 µL ; masse de l'échantillon : 10 à 20 mg pour les matières organiques
- Assurez un bon contact thermique entre l'échantillon et le creuset.
Applications
Produits liés
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FAQ
Quels sont les principaux facteurs qui influencent la transition vitreuse ?
Le degré de durcissement/réticulation, les plastifiants, la cristallinité et l'historique thermique influencent la transition vitreuse.
Quels sont les résultats typiques de la transition vitreuse obtenus à partir de la courbe de flux thermique DSC ?
Température de transition vitreuse, hauteur de l'échelon, qui correspond à la capacité thermique spécifique cp et à la largeur de la transition vitreuse.
Pourquoi est-il important de connaître la température de transition vitreuse ?
- Pour déterminer la température maximale d'utilisation du matériau
- Pour ajuster les paramètres du processus si le matériau doit être traité dans un certain état
- Pour déterminer le degré de durcissement des matériaux thermodurcissables
- Pour déterminer si un matériau est cristallin, amorphe ou semi-cristallin.
Comment peut-on déterminer la transition vitreuse au-dessus de 700 °C ?
La transition vitreuse peut être mesurée dans une plage de températures élevées à l'aide d'une TGA / DSC.
Quelles sont les techniques d'analyse thermique les plus sensibles pour déterminer la transition vitreuse ?
La sensibilité pour la transition vitreuse augmente dans l'ordre suivant : TGA/DSC, DSC, DSC à modulation de température, TMA, TMA à charge différentielle (DLTMA), et enfin DMA. Ceci est dû à l'ordre de grandeur de l'augmentation de la propriété physique qui est mesurée avec la technique respective.