Sự chuyển thủy tinh

Đệm teplon chịu mài mòn

Sự chuyển thủy tinh – chuyển một chất từ trạng thái lỏng thành trạng thái rắn (nhưng không kết tinh) – là đặc trưng của cả polymer và nhiều chất khác. Một chất có tính thủy tinh khi năng lượng chuyển động phân tử (giảm khi làm lạnh) đạt bằng năng lượng tương tác phân tử. Sự chuyển thủy tinh xảy ra khi vận tốc làm nguội của một chất vượt quá vận tốc kết tinh, có thể quan sát được ở những chất có vận tốc kết tinh thấp hoặc những chất không kết tinh hoàn toàn. Độ nhớt của chất lỏng càng cao, nó càng có thể chuyển thành trạng thái thủy tinh khi được làm nguội, ví dụ như thủy tinh silicate nóng chảy có độ nhớt cao. Ngược lại, các chất kết tinh nhanh rất khó hoặc thậm chí không thể đạt được trạng thái thủy tinh. Điều này giải thích cho việc trạng thái tinh thể là thông thường hơn trạng thái thủy tinh trong các chất có khối lượng phân tử thấp ở dạng rắn.

Điều tương tự cũng quan sát được ở polymer. Ngoài ra, việc không thể kết tinh do sự không đều đặn trong cấu trúc của chuỗi polymer cũng chịu trách nhiệm một phần cho sự chuyển thủy tinh. Đối với nhiều polymer, sự chuyển thủy tinh ở nhiệt độ phòng hoặc cao hơn. Các polymer này được dùng làm các vật liệu có cấu trúc cứng. Chúng là polystyrene, polymethyl methacrylate, polycarbonate và những polymer khác. Các polymer kết tinh nhanh, như polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, không thể được tạo thành ở trạng thái thủy tinh do vận tốc và mức độ kết tinh cao. Chỉ những phần vô định hình của chúng có thể trải qua sự chuyển thủy tinh, và những tính chất của phần vô định hình có thể bị ảnh hưởng đáng kể bởi phần có khả năng kết tinh.

Thực tế, đa số vật liệu đàn hồi không kết tinh hoàn toàn, mức độ kết tinh không vượt quá 30 – 60%, hoặc kết tinh chậm. Vì vậy, chúng đều phải trải qua quá trình chuyển thủy tinh khi được làm lạnh và các tính chất của vật liệu đàn hồi ở nhiệt độ thấp có quan hệ chặt chẽ với quá trình này.

Tham khảo từ tài liệu Low-Temperature Behaviour of Elastomers, M.F. Bukhina, S.K. Kurlyand, CRC Press, 2007, trang 11

(vtp-vlab-caosuviet)