Mikä on lasisiirtymä?

Polymeerit, jotka eivät ole rakenteeltaan kiteisiä molekyylitasolla, muuttavat tilaa lämpötilan suhteen eri tavalla kuin kiteiset aineet. Lasittumislämpötila on kohta, jossa polymeerin tila muuttuu. Tämän lämpötilan yläpuolella olevat materiaalit ovat yleensä joustavampia, ja kylmemmissä lämpötiloissa olevat materiaalit ovat hauraita, koska molekyylit eivät voi taipua tai siirtyä helposti eri paikkoihin. Lasin siirtyminen näkyy vain kiinteissä aineissa, joissa ei ole kiteisiin järjestettyjä molekyylejä; näitä kutsutaan amorfisiksi ja niihin kuuluu lasia, geelejä ja ohuita kalvoja.

Materiaalista riippuen lasin siirtymispiste tapahtuu eri lämpötilassa, mikä liittyy sen lämpökapasiteettiin. Joissakin materiaaleissa, kuten kumissa, on sekä kiteisiä että amorfisia molekyylejä. Lämpötilat kullekin esineelle voivat olla erilaisia. Kristallipohjaiset rakenteet sulavat tietyssä lämpötilassa, mutta rakenteilla, joissa on molempia molekyylejä, on taipumus virrata pitkiä aikoja. Amorfiset komponentit voivat olla vahvoja yhdessä lämpötilassa, kun taas kiteiset molekyylit voivat olla sulassa tilassa, jos ne ovat jo läpikäyneet faasisiirtymän.

Lasin siirtyminen eroaa todellisesta sulamisesta, koska ei ole piilevää lämpöä lämpötilan nousun absorboimiseksi. Toisin kuin sulatusaine, siirtyvä polymeeri jatkaa lämpenemistä siirtymälämpötilan ylittyessä. Polymeerin lämpökapasiteetti kuitenkin kasvaa, joten sen prosessia kutsutaan toisen kertaluvun siirtymäksi. Sen sijaan kiteiset rakenteet absorboivat lämpöä eivätkä kohota lämpötilassa sulatessaan.

Jos se taivutettaisiin fyysisesti, esine taipuisi kuin kumipala, kun se on lasin siirtymispisteen alapuolella. Se voi myös pysyä kiinteänä, jos molekyylisidokset ovat riittävän vahvoja kestämään voimaa. Esineet, joiden molekyylit eivät ole yhtä vahvoja, rikkoutuvat tai hajoavat lasittumislämpötilan alapuolella. Muoviset auton kojelaudat ja muovivaaleat reagoivat usein samalla tavalla lämpötilan muutosten kanssa.

Amorfiset materiaalit tarvitsevat tietyn määrän lämpöenergiaa molekyylirakenteensa muuttamiseksi. Lasin siirtyminen riippuu energiasta, joka tarvitaan tietyn materiaalin tilan muuttamiseen. Ilmiö eroaa sulamisesta myös siksi, että se ei ole niin ilmeinen. Materiaalit eivät usein näytä niihin liittyviä ominaisuuksia lasisiirtymän jälkeen, ellei niihin kohdisteta voimaa. Sulaminen on kuitenkin visuaalisesti ilmeistä ja sillä on dramaattisempi vaikutus, esimerkiksi kun kiteinen jääpala sulaa veteen, joka virtaa helposti pinnan poikki.