玻璃化转变温度的重要概念以及它与热变形温度的关系，你了解吗？
在材料科学中，玻璃化转变温度（Tg）是高分子材料的一个关键热力学参数，它标志着材料从玻璃态向高弹态的转变。Tg的调节对于优化塑料和橡胶的性能至关重要，尤其是在实际应用中，需要根据不同的使用场景对材料的耐热性、柔韧性和机械性能进行精准调控。玻璃化转变温度（Tg）是指高分子材料从硬脆的玻璃态转变为柔软的高弹态时的温度。
对于无定形聚合物，Tg通常是其热变形温度（HDT）的参考指标，而结晶性聚合物的耐热性则更多地受到结晶区域的影响。Tg的高低直接影响材料的使用性能，例如，塑料的耐热性和橡胶的弹性。因此，掌握Tg的调节方法以及理解材料的结晶性对热变形温度的影响，对于材料科学的发展具有重要意义。
玻璃化转变温度的调节方法多种多样。
增塑剂
增塑剂的加入可以显著降低高分子材料的Tg。增塑剂分子插入聚合物链之间，削弱分子链间的相互作用力，从而降低Tg，提高材料的柔韧性和加工性能。
例如，在聚氯乙烯（PVC）中加入邻苯二甲酸酯类增塑剂，可以显著降低其Tg，使其更适合用于软质塑料制品。这种调节方式在实际应用中非常广泛，例如在电线电缆的绝缘层中，通过添加增塑剂，可以使PVC在低温下仍保持柔韧性，同时在加工过程中也更容易成型。
共聚
共聚是通过将不同Tg的单体进行聚合来调节材料的Tg。选择低Tg的单体进行共聚可以降低材料的Tg，而选择高Tg的单体则可以提高Tg。
例如，丁苯橡胶（SBR）通过苯乙烯和丁二烯的共聚，其Tg于介两者之间，兼具良好的弹性和一定的耐热性。这种材料广泛应用于轮胎制造中，既保证了轮胎在低温下的弹性和柔韧性，又能在高温下保持一定的强度和稳定性。通过调整苯乙烯和丁二烯的比例，可以进一步优化SBR的性能，以满足不同使用场景的需求。
交联反应
交联反应通过形成三维网络结构，限制分子链的运动，从而提高材料的T。g例如，天然橡胶在硫化过程中形成交联网络，其Tg显著提高，从而在常温下具有良好的弹性和耐磨性。
在汽车轮胎制造中，通过硫化交联，天然橡胶的性能得到显著提升，能够承受高速行驶和复杂路况带来的各种应力。此外，交联还可以提高材料的耐化学腐蚀性和耐热性，使其在恶劣环境下也能保持良好的性能。
改变分子量
分子量的增加通常会提高材料的Tg，因为高分子量的聚合物链段运动能力较弱。通过控制聚合反应条件，可以调节聚合物的分子量，从而实现对Tg的调控。
例如，在聚乙烯（PE）的生产中，通过控制聚合反应的温度、压力和催化剂用量，可以调节PE的分子量。高分子量的聚乙烯具有更高的Tg，因此在高温环境下具有更好的稳定性和机械性能。这种材料常用于制造高强度的塑料制品，如管道、容器等，能够承受较高的温度和压力。
共混
通过将不同Tg的聚合物进行共混，可以调节材料的Tg。例如，将聚乳酸（PLA）与聚碳酸酯（PC）共混，可以提高PLA的耐热性。PLA生物是一种可降解的聚合物，具有良好的生物相容性和环境友好性，但其耐热性较低。
通过与PC共混，PLA的Tg得到提高，从而在高温环境下也能保持较好的性能。这种共混材料在医疗器械和包装材料等领域具有广阔的应用前景。
玻璃化转变温度和热变形温度的关系
除了Tg的调节方法，材料的结晶性对热变形温度的影响也不容忽视。玻璃化转变温度（Tg）和热变形温度是材料热性能的两个不同指标。
玻璃化转变温度是高分子材料从玻璃态转变为高弹态的温度，反映的是材料内部链段运动状态的变化，是材料的固有属性，主要受材料化学组成、分子结构等影响，测试时对试样施加的负荷通常较小。
而热变形温度是材料在一定负荷下开始出现明显热变形的温度，关注的是材料在热和力共同作用下的宏观力学性能变化，除材料自身性质外，还与负荷大小、升温速率等外部条件紧密相关。在测试方法上，玻璃化转变温度常用差示扫描量热法、动态力学分析等，而热变形温度则是在特定负荷和升温速率下观察材料达到规定变形量时的温度。
结晶性聚合物的热变形温度（HDT）通常高于其玻璃化转变温度（Tg）。这是因为结晶区域的存在使得材料在高温下仍能保持一定的刚性。结晶度越高，材料的HDT越高。例如，聚丙烯（PP）的结晶度增加时，其HDT会显著提高。此外，结晶性聚合物的耐热性还受到结晶区域的熔融温度（Tm）的影响。当结晶度在一定范围内增加时，材料的HDT会接近其Tm。
例如，聚乳酸（PLA）的结晶度增加时，其HDT会显著提高，接近其熔融温度。一般情况下，热变形温度可能高于或低于玻璃化转变温度。当材料的分子链刚性较大、交联密度较高时，在玻璃化转变后分子链仍能保持一定的形状和强度，需要更高的温度和外力才会发生明显变形，此时热变形温度高于玻璃化转变温度。
而对于一些结晶度较低、分子链柔性较大的材料，在玻璃化转变后材料的力学性能下降明显，在相对较低的温度和较小外力下就可能发生明显变形，这种情况下热变形温度可能低于玻璃化转变温度。