Glasomvandlingstemperaturen, Tg för lim

Glasomvandlingstemperaturen Tg

Vad är Tg?

Glasomvandlingstemperaturen, glass transition temperature på engelska, eller förkortat till Tg på båda språken, är en temperatur som du kommer hitta i det tekniska databladet för härdande plaster. När ett material, så som ett epoxilim till exempel, är härdat, så är strukturen låst. Alla polymerkedjor är kemiskt tvärbundna till varandra och har bildat ett enda stort nätverk. Om du vill du lära dig mer om vad en härdplast eller härdande lim är, se vårt inlägg om härdning. Den här tvärbindningen innebär att limmet/plasten nu inte kan varken smälta eller lösas upp. Att den inte kan smälta betyder dock inte att egenskaperna är likadana vid olika temperaturer…

Vad som händer istället är att vid den här specifika temperaturen som kallas för Tg, så mjuknar plasten. Materialet går ganska plötsligt från ett hårt och glasaktigt material till ett mjukt och gummiliknande tillstånd. Om temperaturen sedan återgår till den lägre temperaturen så återgår plasten/limmet till sitt normala tillstånd. Det här gäller alla härdande plaster så som epoxi, polyuretan, akrylat, silikoner och MS-polymerer som är vanliga att vi stöta på inom limning.

Tg-värden för några lim

Silikon är ju vid rumstemperatur redan gummiaktigt – det innebär att Tg ligger någonstans under rumstemperatur! För att vara mer exakt kan den ligga till exempel runt -115 till -60 °C. Epoxilim som är hårda vid rumstemperatur och behöver uppnå högre temperatur för att mjukna något, har ett högre Tg som kan ligga mellan ca 30 och 100 °C.

Vad händer vid Tg?

Glasomvandlingstemperaturen för ett härdat lim är den temperatur där elasticitetsmodulen drastiskt sjunker. Polymeren som limmet består av går från att vara hård till gummiliknande. Med ökad temperatur blir molekylerna mer rörliga och vice versa. Under Tg är molekylerna bildligt talat ”fastfrusna”. Endast korta segment att molekylerna är rörliga och då inom en mycket begränsad volym. Den låga rörligheten gör att molekylerna inte kan absorbera stötar genom att röra på sig. Istället bryts de av – med andra ord blir materialet sprött.

En annan egenskap som drastiskt genomgår en förändring vid Tg är längdutvidningskoefficienten (CTE). Generellt är den betydligt högre ovanför Tg än under.

Andra egenskaper som förändras vid Tg: Flexibilitet, krypstyrka, hållfasthet, densitet, hårdhet, kohesiv styrka, E-modul, kemikaliebeständighet och volym.

Egenskaper som förändras vid Tg

Kan jag använda ett lim ovanför Tg?

Absolut! I många fall är de förändringar som uppstår ovanför Tg bara positiva. Limmet blir till exempel mer slagtåligt och vibrationsbeständigt. Och som sagt: Tg är ingen smältpunkt utan en punkt där vissa egenskaper ser en förändring.

Hur mäter man Tg?

Tg är ingen exakt punkt. Olika mätmetoder kan ofta ge olika värden. Dessutom görs vissa tolkningar av kurvorna som fås ut av metoderna. Att jämföra Tg-värden på olika produkter kan därför vara vanskligt och du bör tolka dem som en uppskattning.

De vanligaste metoderna för att mäta Tg är DCS (Differential Scanning Calirometry), TMA (Thermogravimetric Analysis) och DMA (Dynamic Mechanical Analysis). DSC anses vara den mest tillförlitliga av metoderna och ger också en bild över hur egenskaperna på materialet förändras vid Tg-punkten. Till exempel hur elastiskt materialet blir. Men summa summarum är att de olika mätmetoderna tittar på olika egenskaper hos materialet:

DSC mäter värmeflödet, DTA mäter värmeutvidngningskoefficienten, DMA mäter modulen, Dilatometri mäter den specifika volymen etc.

För att ta ett exempel på hur stora skillnaderna kan bli så kan vi titta på 2-komponentsepoxin Epo-Tek 353ND. Då de mätt Tg med DMA landar värdet på 90 °C medan med DCS så får vi 124 °C – ganska stor skillnad!

Vad innebär Tg i praktiken då?

Varför ska man bry sig om Tg? Jo, för en konstruktör kan det vara bra att veta hur limfogen kommer att bete sig vid olika användningstemperaturer och om den kommer att påverka de limmade materialen på något sätt. Säg att du planerar att limma ihop två olika typer av material som sedan kommer att sitta i en bil. Under vintertid kanske temperaturen sjunker till -30 °C medan insidan blir upp till runt 60°C under en solig sommardag. Om du då har valt ett lim med Tg någonstans mitt emellan så kommer egenskaper så som de tidigare nämnda att skilja sig åt.

Tänk på att Tg som anges i databladet gäller för en viss härdningsmetod och en 100 % uthärdad fog. Generellt ger värmehärdning högre Tg och i vissa fall när det gäller epoxi, kan epoxilim som härdar i rumstemperatur inte få ett Tg på mer än ca. 15 grader över härdnings-temperaturen, det vill säga ungefär 35 grader om du härdar i rumstemperatur!