Was ist Glasübergang?

Polymere, die auf molekularer Ebene nicht wie Kristalle strukturiert sind, ändern ihren Zustand mit der Temperatur anders als kristalline Substanzen. Die Glasübergangstemperatur ist der Punkt, an dem das Polymer eine Zustandsänderung erfährt. Materialien oberhalb dieser Temperatur sind im Allgemeinen flexibler und solche bei kälteren Temperaturen sind zerbrechlich, da sich die Moleküle nicht biegen können oder leicht an andere Orte gelangen. Ein Glasübergang wird nur in Festkörpern beobachtet, die keine in Kristallen angeordneten Moleküle aufweisen. Diese werden als amorph bezeichnet und umfassen Glas, Gele und dünne Filme.

Je nach Material tritt der Glasübergangspunkt bei einer unterschiedlichen Temperatur auf, die mit seiner Wärmekapazität zusammenhängt. Einige Materialien wie Gummi haben sowohl kristalline als auch amorphe Moleküle. Die Temperaturen für jedes Objekt können unterschiedlich sein. Strukturen auf Kristallbasis schmelzen bei einer bestimmten Temperatur, aber Strukturen mit beiden Arten von Molekülen neigen dazu, über lange Zeiträume zu fließen. Amorphe Komponenten können bei einer Temperatur stark sein, während kristalline Moleküle in einem geschmolzenen Zustand sein können, wenn sie bereits einen Phasenübergang durchlaufen haben.

Der Glasübergang unterscheidet sich vom tatsächlichen Schmelzen, da keine latente Wärme zum Absorbieren von Temperaturerhöhungen vorhanden ist. Im Gegensatz zu einer schmelzenden Substanz erwärmt sich ein Übergangspolymer weiter, wenn die Übergangstemperatur überschritten wird. Die Wärmekapazität des Polymers steigt dennoch an, so dass der Prozess, den es durchläuft, als Übergang zweiter Ordnung bezeichnet wird. Kristalline Strukturen absorbieren stattdessen Wärme und erhöhen die Temperatur nicht, während sie schmelzen.

Wenn es physisch gebogen würde, würde sich ein Objekt wie ein Stück Gummi biegen, wenn es sich unterhalb des Glasübergangspunkts befindet. Es könnte auch fest bleiben, wenn die molekularen Bindungen stark genug sind, um der Kraft zu widerstehen. Objekte mit weniger starken Molekülen brechen oder zerbrechen unterhalb der Glasübergangstemperatur. Kunststoff-Armaturenbretter sowie Kunststoff-Blässe reagieren häufig ähnlich auf Temperaturänderungen.

Amorphe Materialien benötigen eine bestimmte Menge an Wärmeenergie, um ihre Molekülstruktur zu ändern. Der Glasübergang ist abhängig von der Energie, die benötigt wird, um den Zustand eines bestimmten Materials zu ändern. Das Phänomen unterscheidet sich vom Schmelzen auch dadurch, dass es nicht so offensichtlich ist. Materialien zeigen nach dem Glasübergang häufig keine entsprechenden Eigenschaften, es sei denn, sie werden mit einer Kraft beaufschlagt. Das Schmelzen ist jedoch visuell sichtbar und hat einen dramatischeren Effekt, beispielsweise wenn ein kristalliner Eiswürfel zu Wasser schmilzt, das leicht über eine Oberfläche fließt.