Τι είναι το Glass Transition;

Τα πολυμερή που δεν είναι δομημένα σαν κρύσταλλοι σε μοριακό επίπεδο αλλάζουν κατάσταση με τη θερμοκρασία διαφορετικά από τις κρυσταλλικές ουσίες. Η θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου είναι το σημείο στο οποίο το πολυμερές υφίσταται μια αλλαγή στην κατάσταση. Τα υλικά πάνω από αυτή τη θερμοκρασία είναι γενικά πιο εύκαμπτα και αυτά σε ψυχρότερες θερμοκρασίες είναι εύθραυστα επειδή τα μόρια δεν μπορούν να λυγίσουν ή να μετακινηθούν εύκολα σε διαφορετικά σημεία. Η υαλώδης μετάπτωση παρατηρείται μόνο σε στερεά που δεν έχουν μόρια διατεταγμένα σε κρυστάλλους. Αυτά ονομάζονται άμορφα και περιλαμβάνουν γυαλί, πηκτώματα και λεπτές μεμβράνες.

Ανάλογα με το υλικό, το σημείο μετάβασης γυαλιού εμφανίζεται σε διαφορετική θερμοκρασία, η οποία σχετίζεται με τη θερμική του ικανότητα. Ορισμένα υλικά όπως το καουτσούκ έχουν κρυσταλλικά και άμορφα μόρια. Οι θερμοκρασίες για το καθένα σε ένα αντικείμενο μπορεί να είναι διαφορετικές. Οι δομές που βασίζονται σε κρυστάλλους λιώνουν σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία, αλλά οι δομές με και τα δύο είδη μορίων τείνουν να ρέουν για μεγάλες χρονικές περιόδους. Τα άμορφα συστατικά μπορεί να είναι ισχυρά σε μία θερμοκρασία, ενώ τα κρυσταλλικά μόρια μπορεί να είναι σε λιωμένη κατάσταση εάν έχουν ήδη υποστεί μετάβαση φάσης.

Η μετάβαση γυαλιού είναι διαφορετική από την πραγματική τήξη, επειδή δεν υπάρχει λανθάνουσα θερμότητα για την απορρόφηση των αυξήσεων της θερμοκρασίας. Σε αντίθεση με μια ουσία τήξης, ένα πολυμερές μετάπτωσης θα συνεχίσει να θερμαίνεται καθώς διασταυρώνεται η θερμοκρασία μετάπτωσης. Ωστόσο, η θερμοχωρητικότητα του πολυμερούς αυξάνεται, επομένως η διαδικασία που υφίσταται ονομάζεται μετάβαση δεύτερης τάξης. Αντίθετα, οι κρυσταλλικές δομές απορροφούν θερμότητα και δεν αυξάνουν τη θερμοκρασία, ενώ λιώνουν.

Εάν ήταν σωματικά λυγισμένο, ένα αντικείμενο θα λυγίσει σαν ένα κομμάτι καουτσούκ όταν βρίσκεται κάτω από το σημείο μετάβασης από γυαλί. Θα μπορούσε επίσης να παραμείνει στερεό εάν οι μοριακοί δεσμοί είναι αρκετά ισχυροί ώστε να αντέξουν τη δύναμη. Αντικείμενα με μόρια όχι τόσο ισχυρά θα σπάσουν ή θα θρυμματιστούν κάτω από τη θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού. Τα πλαστικά ταμπλό αυτοκινήτων καθώς και τα πλαστικά ωχρά συχνά αντιδρούν με παρόμοιο τρόπο με τις αλλαγές θερμοκρασίας.

Τα άμορφα υλικά απαιτούν μια ορισμένη ποσότητα θερμικής ενέργειας για να αλλάξουν τη μοριακή τους δομή. Η μετάβαση του γυαλιού εξαρτάται από την ενέργεια που απαιτείται για την αλλαγή της κατάστασης ενός συγκεκριμένου υλικού. Το φαινόμενο διαφέρει από το λιώσιμο και επειδή δεν είναι τόσο εμφανές. Τα υλικά συχνά δεν εμφανίζουν τις σχετικές ιδιότητες μετά τη μετάβαση του γυαλιού εκτός εάν ασκηθεί δύναμη σε αυτά. Το λιώσιμο, ωστόσο, είναι οπτικά εμφανές και έχει πιο δραματικό αποτέλεσμα, όπως όταν ένα κρυσταλλικό παγάκι λιώνει σε νερό που ρέει εύκολα σε μια επιφάνεια.