Epoxy polymers: Glass transition/cure degree correlation

Abstract

The correlation between the glass transition temperature,T _g , and the cure degree, α, of epoxy polymers has been analysed on the basis of an extension of the Vogel-Tamman-Fulcher equation for the viscosity of polymers and glasses.

A physical meaning has been given to the coefficients of the series expansion of the functionT _g=T _g (α).

This analysis allows one to verify that the experimental (T _g ,α) data support the conclusion that, in the case of thermoset polymers, the ideal glass transition temperature,T _o, appearing in the VTF equation, is larger thanT _g .

This conclusion may be supported by the thermodynamic interpretation ofT ₀ as the temperature at which the excess entropy of the systems tends to vanish: in the case of partially cured thermosets;T ₀ would represent the minimum temperature at which the system becomes able to enhance its cure degree.

Zusammenfassung

Die Korrelation zwischen der Glasumwandlungs-temperaturT _g und dem Aushärtungsgrad α von Epoxidpolymeren wurde analysiert, und zwar basierend auf einer Erweiterung der Vogel-Tamman-Fulcher-Gleichung für die Viskosität von Polymeren und Gläsern. Den bei der Reihenentwicklung der FunktionT _g =T _g (α) auftretenden Koeffizienten wurde eine physikalische Bedeutung zugeschrieben. Diese Analyse ermöglicht nachzuweisen, daß die experimentellen Daten (T _g ),α die Schlußfolgerung stützen, daß im Falle von hitzehärtbaren Polymeren die in der VTF-Gleichung auftretende sogenannte ideale GlasumwandlungstemperaturT ₀ höher alsT _g ist. Diese Konklusion wird auch durch die thermodynamische Interpretation vonT ₀ gestützt, nämlich als die Temperatur, bei der die Überschußentropie des Systems gegen Null geht: im Falle von teilweise ausgehärteten hitzehärtbaren Polymeren würdeT ₀ die minimale Temperatur darstellen, bei der eine Erhöhung des Aushärtungsgrades des Systems einsetzt.

Резюме

Корреляция между тем пературой расстекловыванияT _g и степенью вулканизац ии (α) эпоксиполимеров ана лизировалась на осно вании расширенного уравне ния вязкости ВогеляТ аммана-Фульчера ВогеляТаммана-Фульч ера для полимеров и стеко л. Дано физическое зна чение коэффициентов широкого ряда функци йqT _g =T _g (α). Проведенный ан ализ экспериментальных д анныхT _g и α подтвердил заключен ие, что так называемая идеальная температура расстек ловыванияT ₀, появляющаяся в уравн ении Вогеля-Таммана-Ф ульчера, в случае термореактив ных полимеров выше чемT _g . Это заключе ние подтверждается т акже термодинамической и нтерпретациейT ₀, как температуры, при к оторой избыточная эн тропия систем стремится к ну лю. В случае частично вулканизированных т ермореактивных поли меров,T ₀ представляет ту мини мальную температуру, при которой системы с тановятся способным и к увеличению степени в улканизации.