Glasübergangstemperatur

Die Glasübergangstemperatur (Tg) ist der Temperaturbereich, in dem ein amorpher oder teilkristalliner Kunststoff bzw. Elastomer von einem gummiartig-elastischen in einen glasartig-harten Zustand übergeht. Oberhalb der Tg sind die Molekülketten beweglich genug, um elastische Verformungen zu ermöglichen; unterhalb der Tg erstarrt das Material und verliert weitgehend seine Flexibilität. Für die Praxis ist die Tg ein entscheidender Kennwert bei der Auswahl kältebeständiger Werkstoffe.

Einflussfaktoren
– Polymerstruktur – flexible Hauptketten und Seitengruppen senken die Tg, starre Strukturen erhöhen sie
– Weichmacher – lagern sich zwischen den Polymerketten ein und erhöhen deren Beweglichkeit, was die Tg senkt
– Füllstoffe – können die Tg je nach Art und Wechselwirkung mit der Polymermatrix erhöhen oder senken
– Vernetzungsgrad – höhere Vernetzungsdichte schränkt Kettenbeweglichkeit ein und erhöht meist die Tg
– Kristallinität – stark kristalline Bereiche beeinflussen die Glasübergangstemperatur weniger, bestimmen aber das mechanische Verhalten

Messmethoden
Die Glasübergangstemperatur wird häufig mit der Dynamisch-Mechanischen Analyse (DMA) bestimmt. Dabei wird der Temperaturbereich erfasst, in dem sich Steifigkeit, Dämpfung und thermische Eigenschaften deutlich ändern.

Bedeutung in der Praxis
Werkstoffe für tiefe Temperaturen müssen eine ausreichend niedrige Tg aufweisen, um auch im Einsatz flexibel zu bleiben. So liegt die Tg von Silikonkautschuk (VMQ) deutlich unter –70 °C, während FKM je nach Typ bereits bei etwa –40 °C in den glasartigen Zustand übergeht. Die Tg ist daher ein Schlüsselparameter bei der Entwicklung von Dichtungen, Vibrationsdämpfern und anderen Bauteilen, die in Kälteumgebungen eingesetzt werden.