玻璃转化

玻璃-液体转变或玻璃化转变是非晶材料（或半晶材料中的非晶区域）随着温度升高从坚硬且相对易碎的玻璃态逐渐转变为粘性或橡胶态的可逆转变。 表现出玻璃化转变的无定形固体称为玻璃。 通过将粘性液体过冷成玻璃态实现的反向转变称为玻璃化。

材料的玻璃化转变温度 Tg 表征发生这种玻璃化转变的温度范围（作为实验定义，通常标记为 100 秒的弛豫时间）。 它总是低于材料结晶状态的熔化温度 Tm（如果存在的话）。

聚苯乙烯和聚（甲基丙烯酸甲酯）等硬塑料的使用温度远低于其玻璃化转变温度，即当它们处于玻璃态时。 它们的 Tg 值都在 100°C (212°F) 左右。 聚异戊二烯和聚异丁烯等橡胶弹性体在高于其 Tg 时使用，即处于橡胶状态，它们柔软而有弹性； 交联可防止其分子自由流动，从而赋予橡胶在室温下的固定形状（与粘性液体相反）。

尽管材料的物理性质通过其玻璃化转变发生了变化，但这种转变不被视为相变； 相反，它是一种在一定温度范围内延伸并由几个公约之一定义的现象。 这些约定包括恒定的冷却速率（20 开尔文/分钟（36°F/分钟））和 1012 Pa·s 的粘度阈值等。 在通过该玻璃化转变范围冷却或加热时，材料在热膨胀系数和比热方面也表现出平滑的阶跃，这些效应的位置再次取决于材料的历史。 一些相变是否构成玻璃化转变的问题是一个正在进行的研究问题。

IUPAC定义

玻璃转化（在高分子科学中）：聚合物熔体在冷却时变成聚合物玻璃或聚合物玻璃在加热时变成聚合物熔体的过程。

• 在聚合物的玻璃化转变过程中发生的现象仍在进行中，正在进行科学调查和辩论。 玻璃化转变呈现二阶特征

由于热研究通常表明摩尔吉布斯能、摩尔焓和两相（即熔体和玻璃）的摩尔体积是相等的，而热容和膨胀率是不连续的。 然而，鉴于在接近玻璃化转变温度的温度下在聚合物玻璃或聚合物熔体中达到平衡的固有困难，玻璃化转变通常不被认为是热力学转变。

• 就聚合物而言，通常由 10-20 个主链原子组成的链段的构象变化在低于玻璃化转变温度时变得无限缓慢。
• 在部分结晶的聚合物中，玻璃化转变仅发生在材料的无定形部分。
• 定义与ref不同。
• 不推荐使用常用术语“玻璃-橡胶转变”来表示玻璃化转变。

液体到类固体状态的玻璃化转变可能发生在冷却或压缩的情况下。 这种转变包括在 500 K 的温度范围内材料的粘度平稳增加多达 17 个数量级，而材料结构没有任何明显的变化。 这种显着增加的结果是玻璃在实际观察的时间尺度上表现出类似固体的机械性能。 这种转变与冷冻或结晶转变相反，后者是 Ehrenfest 分类中的一级相变，涉及体积、能量和粘度等热力学和动力学性质的不连续性。 在许多通常经历冷冻转变的材料中，快速冷却将避免这种相变，而是在某个较低温度下导致玻璃化转变。

其他材料，如许多聚合物，缺乏明确的结晶状态，即使在非常缓慢的冷却或压缩下也很容易形成玻璃。 材料在淬火时形成玻璃的趋势称为玻璃形成能力。 这种能力取决于材料的成分，可以通过刚性理论进行预测。

在转变温度范围以下，玻璃结构不会根据所用的冷却速率而松弛。 玻璃态的膨胀系数与结晶固体的膨胀系数大致相当。 如果使用较慢的冷却速率，结构松弛（或分子间重排）发生的时间增加可能会导致更高的密度。