关于玻璃的论文(范文5篇)

关于玻璃的论文（范文5

篇）

以下是网友分享的关于关于玻璃的论文的资料5篇，希

望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。

关于玻璃的论文（1）

关于玻璃的历史

2014-08-23 中兴钢化玻璃

腓尼基人的传说往往来自于希腊和罗马，不论传说是否真

实，罗马人确实掌握了制作玻璃的技术。到1291年，意大

利的玻璃制造技术已经非常发达。而当时的意大利人将制作

玻璃的技术当做国家最高机密，绝不向外透露。

在玻璃问世后的几百年里，人们一直认为玻璃是绿色的，

是无法改变的。后来发现绿色来自原料中少量的铁，在加入

二氧化锰以后，原来的二价铁变成三价铁显黄色，而四价锰

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被还原成三价锰呈紫色。光学上，黄色和紫色在一定程度上

可以互补，混合在一起成为白光，玻璃就不偏色了。不过若

干年后，三价锰被空气继续氧化，紫色会逐渐增强，所以那

些古老房屋的窗玻璃会略微带点紫色。而这一发现则使得彩

色的玻璃生产迎来了一次高峰。

之前说过，玻璃最开始价格昂贵，所以普通民众家里是无

法安装玻璃的，玻璃多数被运用在当时欧洲最为神圣的地方

——教堂，在中世纪的基督教神学理论中，人与上帝之间的

交流是一个核心的命题。哥特式教堂向上飞腾的建筑结构，

与从玻璃窗洒下的光芒正好形成了对这种神圣体验的最好

注脚。而彩色玻璃在哥特式教堂中的运用普遍且夺目，教堂

中的彩色玻璃已经不再单单只是采光的作用，而变成了艺术

家的画布。玻璃窗上的图画大多以圣经故事为内容，包括了

圣物移送、耶稣最后晚餐、出埃及记、以赛亚等，内容非常

世俗化，不识字的信徒们以此诉诸感官的手段来拯救灵魂，

寄托了他们对生活的期望。那些在色彩斑驳的窗户上舞动的

光便成为了上帝以及上地与人之间道路的象征。即使是一个

没有接受过任何科学理论和宗教学方面学习的农夫，他也会

把光明和神圣、黑暗与卑劣相互联系起来，在从玻璃窗洒射

下来的光线的沐浴中，体验着自身与上帝之间的交流。

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关于玻璃的论文（2）

常用建筑玻璃工艺和用途

一、浮法玻璃

1. 特点

浮法玻璃表面平整光滑，物像透视和反射变形极小。

2. 制作工艺

浮法玻璃是将经过熔融的玻璃溶液，连续不断地流入盛有

熔融锡液的槽内，浮在锡溶液表面上的玻璃液在重力和表面

张力的共同作用下，经自然延展至退火后，切割而成。

3. 用途

厚度2、3、4mm的玻璃主要用于画框表面。

5--6厘玻璃，主要用于外墙窗户、门扇等小面积透光造型

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等等。

7--9厘玻璃，主要用于室内屏风等较大面积但又有框架保

护的造型之中。

9--10厘玻璃，可用于室内大面积隔断、栏杆等装修项目。

11--12厘玻璃，可用于地弹簧玻璃门和一些活动人流较大

的隔断之中。

15厘以上玻璃，一般市面上销售较少，往往需要订货，主

要用于较大面积的地弹簧玻璃门外墙整块玻璃墙面 。

二、磨砂玻璃 （钢化玻璃不可以磨砂）

1. 特点

磨砂玻璃的显著特点是表面细腻，透光不透明，有朦胧感。

无色透明玻璃经打磨或蚀刻剂处理后呈现乳白色感觉，有色

玻璃经打磨或蚀刻剂处理后具有更强更好的美化装饰效果

和艺术效果，但是磨砂玻璃款式比较单一，喷砂出来的玻璃

可以按照要求先用纸刻好模再喷出图案.这样就想要什么图

形都可以现刻了，这样绘制出各种图案，就有更多的选择性。

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2. 制作工艺

磨砂玻璃在过去是用磨砂机械磨砂的，现在可使用平板玻

璃表面经蚀刻剂处理而制成，还有一种是喷砂的方法以水混

合金刚砂,高压喷射在玻璃表面,以此对其打磨的一种工艺。

3. 用途

主要用在卫生间隔断和门窗。

4. 常见规格

一般厚度多在9厘以下，以5、6厘厚度居多 。

四、钢化玻璃

1. 特点

玻璃经过钢化处理后，抗冲击强度是普通玻璃5~10倍，抗

弯强度是普通玻璃的3~5倍，并且其承载能力增大，改善了

易碎性质，即使钢化玻璃破坏也呈无锐角的小碎片，极大地

降低了对人体的伤害。钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通

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玻璃有2~3倍的提高，一般可承受150度以上的温差变化，

对防止热炸裂有明显的效果。

但是钢化后的玻璃不能再进行切割和加工，只能在钢化前

就对玻璃进行加工至需要的形状，再进行钢化处理。钢化玻

璃强度虽然比普通玻璃强，但是钢化玻璃在温差变化大时有

自爆（自己破裂）的可能性。

钢化过程分物理方法和化学方法，常见的是物理方法。以

化学方法钢化出来的玻璃强度大，钢化后不易自暴，并可钢

化薄的玻璃；缺点是处理时间长，成本高（所以下边提到的

都是以物理方法加工的钢化玻璃）。

钢化玻璃按其外观分为：平钢化，弯钢化。

2. 钢化玻璃有两种制作工艺

物理制作方法：将玻璃在钢化炉中加热到接近软化点（约

700度）后，均匀地喷以常温空气，使其突然冷却，从而制

成钢化玻璃。

化学制作方法：是将待处理的玻璃浸入钾盐溶液，玻璃表

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面的钠离子扩散到溶液中，而溶液中的钾离子则密实地填充

入玻璃表面的钠离子所空出的位置，从而增加了玻璃的强

度，而制成了钢化玻璃。

3. 用途

主要用于门窗、隔断、间隔墙和橱柜门。

4. 常见规格

平面钢化玻璃厚度有3、4、5、6、8、10、12、15、19mm

八种；曲面钢化玻璃厚度也有3、4、5、6、8、10、12、15、

19mm八种。但曲面(即弯钢化)钢化玻璃对每种厚度都有个

最大的弧度限制。即平常所说的R。（R为半径）

五、中空玻璃

1. 特点

中空玻璃的玻璃与玻璃之间，留有一定的空腔。因此，具

有良好的保温、隔热、隔声等性能。如在玻璃之间充以各种

漫射光材料或电介质等，则可获得更好的声控、光控、隔热

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等效果。

2. 制作工艺

中空玻璃是由两层以上平板玻璃构成。四周用高强高气密

性复合粘结剂，将两片或多片玻璃与密封条、玻璃条粘接、

密封。中间充入干燥气体，框内充以干燥剂，以保证玻璃片

间空气的干燥度。可以根据要求选用各种不同性能的玻璃原

片，如无色透明浮法玻璃、压花玻璃、吸热玻璃、热反射玻

璃、夹丝玻璃、钢化玻璃等与边框（铝框架或玻璃条等），

经胶结、焊接或熔接而制成。

3. 用途

中空玻璃主要用于需要采暖、空调、防止噪音或结露以及

需要无直射阳光和特殊光的建筑物上。广泛应用于住宅、饭

店、宾馆、办公楼、学校、医院、商店等需要室内空调的场

合。也可用于火车、汽车、轮船、冷冻柜的门窗等处。

4. 规格

中空玻璃可采用3、4、5、6mm厚片度原片玻璃，空气层

厚度可采用6、9、12mm间隔。

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六、夹丝玻璃

1. 特点

夹丝玻璃中间的金属丝（网）在夹丝玻璃中起增强作用，

故其抗折强度和耐温度剧变性都比普通玻璃高，破碎时即使

有许多裂缝，其碎片仍能附着在铁丝上，不致四处飞溅而伤

人。金属丝（网）的热膨胀系数与玻璃接近，不易与玻璃起

化学反应，有较高的机械强度和一定的磁性。夹丝玻璃所用

的金属丝网和金属丝线分为普通钢丝和特殊钢丝两种，普通

钢丝直径为0.4mm 以上，或特殊钢丝直径为0.3 mm以上。

夹丝网玻璃应采用经过处理的点焊金属丝网。

2. 制作工艺

夹丝玻璃别称防碎玻璃，是采用压延方法，将金属丝或金

属网嵌于玻璃板内制成的一种具有抗冲击平板玻璃。

3. 用途

夹丝玻璃受撞击时只会形成辐射状裂纹而不至于堕入伤

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人，故多用于屋顶天窗、阳台窗 和高层楼宇，震荡性强的

厂房。

七、防火玻璃

1. 特点

高强度单片铯钾防火玻璃它在 1000℃ 火焰冲击下能保持

84-183 分钟不炸裂．它不单具有卓越的防火功能，而且在强

度上更胜一筹，在同样的厚度下，它的强度是浮法玻璃的

6——12 倍钢化玻璃的 1 ． 5——3 倍。因此在同样风压

的情况下，它能采用较薄的厚度或较大的面积设计，由此增

加了通透感并降低了造价。它同时还有很好的可加工性，能

加工成为夹层安全玻璃、中空玻璃、镀膜玻璃、点式幕墙玻

璃。它在单片使用面积上有较大的突破，可以达高 3 米 *

宽 2 米 。其安装方法也简单易懂，与普通玻璃接近。

复合型防火玻璃遇火后，中间胶合层会很快膨胀、发泡形

成致密、蜂窝状绝热层，阻止火焰的蔓延和热传递。

2. 制作工艺

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高强度单片铯钾防火玻璃是采用物理与化学的方法，对浮

法玻璃进行处理而得的。

复合型防火玻璃（属于A类型防火玻璃）：是由两层或两

层以上玻璃用透明防火阻燃剂复合而成的隔热型防火玻璃。

玻璃遇火后，中间胶合层会很快膨胀、发泡形成致密、蜂窝

状绝热层，阻止火焰的蔓延和热传递。

3. 用途

高强度单片铯钾防火玻璃主要用于防火功能的建筑外墙用

的幕墙或门窗玻璃，还可以作为室内的防火隔断和逃生通

道。复合型防火玻璃可广泛应用于对玻璃有隔热性要求的公

共建筑和场所。

八、夹层玻璃

1. 特点

夹层玻璃就是夹胶玻璃，它的主要特性是安全性好，破碎

时玻璃碎片不零落飞散，只能产生辐射状裂纹，不致于伤人。

抗冲击强度优于普通平板玻璃，防犯性好。并有耐光、耐热、

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耐湿、耐寒、隔音等特殊功能。

2. 制作工艺

夹层玻璃是安全玻璃的一种。它是在两片或多片平板玻璃

之间，嵌夹透明塑料薄片（PVB胶片），再经热压粘合而成

的平面或弯曲的复合玻璃制品。

3. 用途

多用于与室外接壤的门窗。

4. 规格

夹层玻璃可采用4、5、6、8、10mm厚原片玻璃，夹层厚

度可采用0.38、0.76、

1.14mm的间隔（取决于PVB胶片厚度）。

备注：现在市面上的夹层玻璃按工艺不同分为干法和湿法，

前面所提到的是干法，湿法是在两层玻璃之间灌胶水，这种

夹层玻璃国家没有确切的标准来约束，所以不提倡。

九、防弹玻璃

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1. 制造工艺

防弹玻璃实际上就是夹层玻璃的一种，只是构成的玻璃多

采用强度较高的钢化玻璃，而且夹层的数量也相对较多。

2. 用途

多采用于银行或者豪宅等对安全要求非常高的装修工程之

中。

十、压花玻璃

1. 特点

一般下辊表面有凹凸花纹，上辊是抛光辊，从而制成单面

有图案的压花玻璃。压花玻璃的理化性能基本与普通透明平

板玻璃相同，仅在光学上具有透光不透明的特点，可使光线

柔和，并具有陷私的屏护作用和一定的装饰效果。

2. 制作工艺

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压花玻璃又称花纹玻璃或滚花玻璃，是采用压延方法制造

的一种平板玻璃，制造

工艺分为单辊法和双辊法。单辊法是将玻璃液浇注到压延

成型台上，台面可以用铸铁或铸钢制成，台面或轧辊刻有花

纹，轧辊在玻璃液面碾压，制成的压花玻璃再送入退火窑。

3. 用途

压花玻璃适用于建筑的室内间隔，卫生间门窗及又需要阻

断视线的各种场合.

十一、彩釉玻璃

1. 特点

图案具有立体感，色彩绚丽，效果丰富。

2. 制造工艺

系人工适用玻璃釉在平板玻璃上手绘出花纹图案，经加温

烘烤而成。

3. 用途

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可用于天花、隔断等处。（装饰玻璃）

十二、热反射镀膜玻璃：分为在线镀膜及离线镀膜玻璃。

1. 特点

镀膜玻璃的薄膜主要功能是按需要的比例控制太阳直接辐

射的反射、透过和吸收，并产生需要的反射颜色。热反射镀

膜玻璃因此而具有以下特点： 有效限制太阳趋势辐射的入

射量，遮阳效果明显。丰富多彩的抽射色调和极佳的装饰效

果。对室内物体和建筑构件具有良好视线遮蔽功能。较理想

的可见光透过比和反射比。减弱紫外光的透过。

2. 制造工艺

在线镀膜是指镀膜的工艺过程是在浮法玻璃制造过程中进

行，如在线热喷涂是浮法生产线的成型区后，退火窑的开端，

通过附设的喷枪在玻璃板表面喷涂膜层，经过退火窑后膜层

烧附在玻璃表面，故名之为在线镀膜。（在线镀膜玻璃可钢

化）

离线镀膜是在平板玻璃出厂后，再进行镀膜加工。较之在

线镀膜，膜层的牢固度必然受些影响，所以离线镀膜对玻璃

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原片的“新鲜度”是有一定要求的。（离线镀膜玻璃不可钢化）

3. 用途

用于室外幕墙。

十三、低辐射玻璃（Low-E）

1. 特点

它是一种既能像浮法玻璃一样让室外太阳能、可见光透过，

又像红外线反射镜一样，将物体二次辐射热反射回去的新一

代镀膜玻璃。在任何气候环境下使用，均能达到控制阳光、

节约能源、热量控制调节及改善环境。由于膜层强度较差，

一般都制成中空玻璃使用。

2. 制造工艺

又称低辐射玻璃，是在玻璃表面镀上多层金属或其他化合

物组成的膜系产品。

3. 用途

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主要用于建筑的玻璃幕墙和汽车、船舶等交通工具。

十四、玻璃镜

1. 特点

常见的有手工镀银镜、真空镀铝镜及装饰玻璃镜，其中以

装饰玻璃镜为高档装饰，装饰玻璃镜与手工镀银镜、真空镀

铝镜相比，有镜面尺寸大、成像清晰逼真、抗盐雾、抗温热

性能好、适用寿命长的特点，真空镀铝镜用过一段时间后，

会产生发黑现象，寿命较短，已经面临淘汰。

2. 制造工艺

装饰玻璃镜采用高质量的平板玻璃为基材，在其表面经镀

银工艺，再覆盖一层金属，又涂上一层底漆，最后涂上灰色

面漆而制成。

3. 用途

装饰玻璃镜特别适合于家庭装饰中卫生间的梳洗镜。

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夹层玻璃所用的PVB胶片

PVB中间膜是由聚乙烯醇缩丁醛树脂经增塑剂塑化挤压

成型的一种高分子材料。由于PVB膜片的加工工艺复杂,目

前世界上只有美国、日本、德国等少数几家国际跨国公司拥

有该项技术. PVB胶片现市场上主要以原色胶片(用于建筑

类夹层玻璃)和彩条胶片(其中彩条胶片又以蓝带和绿带为主,

用于汽车前风挡玻璃).(也有其它颜色胶片.) PVB(原色胶片)

外观为半透明薄膜，无杂质，表面平

整，有一定的粗糙度和良好的柔软性，对无机玻璃有很好

的粘结力、具有透明、耐热、耐寒、耐湿、机械强度高等特

性，是当前世界上制造夹层、安全玻璃用的最佳粘合材料，

同时在建筑幕墙、招罩棚、橱窗、银行柜台、监狱探视窗、

炼钢炉屏幕及各种防弹玻璃等建筑领域也有广泛的应用。

玻璃的标志、包装、运输和贮存

1玻璃用木箱或集装箱包装，一箱中应装同一厚度、尺寸、

等级的玻璃。 2 每箱包装数量应与木箱强度相适应，防止

因包装不良产生磨伤、破损。

3 包装箱上应有企业名称、产品商标、等级、厚度、尺寸、

数量、包装年月和轻搬正放，小心破损和防潮湿的标志。

4 玻璃必须在有顶盖的干燥库房内存放，在运输和装卸时，

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需有防雨设施。 5玻璃在贮存、运输、装卸时，箱盖向上，

不得侧放或斜放，防止倾倒、滑倒。

注：中空玻璃、夹层玻璃等深加工的玻璃都需要定制，不

同尺寸的玻璃每平方米价格是不同的，并不是玻璃面积越大

价格越高，而是深加工的玻璃是否折料（深加工需要把玻璃

板切割，这样就会出现一些废料），折料越少，价格越低。

关于玻璃的论文（3）

关于玻璃钢材料的介绍

玻璃钢（FRP---玻璃纤维增强型塑料）是由基体树脂和增

强纤维复合而成的新型材料，具有强度高、比重小、防腐蚀、

耐老化、隔热隔音等优异理化性能，被广泛就用于航空航天、

特种武器装备、石油化工等重要领域。

使用玻璃钢型材制作的建筑门窗具有美观耐用、较质高强、

密封严密、隔音保温等特点，充分体现了现代社会追求环保

和绿色的理念与时尚，得到使用者的高度赞扬和喜爱。

玻璃钢与其它材料性能比较表

指标 密度 热膨胀系数 导热系数 拉伸强度 比强度 耐腐

蚀性* 耐老化性* 寿命** 备注单位 10-6/℃ w/℃ MPa －

－ 年

玻璃钢

19

1.9 7 0.3 420 221 A B 50

PVC 1.4 85 0.43 50 36 B D 20

铝合金 2.9 21 203.5 150 53 C C 25

钢 7.85 11 46.5 420 53 D A 10

玻璃钢种类：

一、环氧树脂玻璃钢

环氧树脂玻璃钢是一种常用玻璃钢，其颜色为浅色半透明

体。它具有较好的耐腐蚀性，机械强度高和粘结力强等特点，

并具有一定的电绝缘性和耐碱能力。其原料环氧树脂为淡黄

色高粘度透明体，它的种类很多，常用的型号有6101、634、

637、618等。

二、不饱和聚脂玻璃钢

聚酯玻璃钢也是一种常用玻璃钢，其颜色为浅黄色半透明

体，它具有一定的耐腐性能，机械强度较高和粘结力较强等

特点，同时具有一定的低压电绝缘性能。另外聚脂玻璃钢在

固化过程中没有挥发物逸出，能常温压成型，具有固化施工

方便的特点。其原料聚脂树脂为淡黄色透明体，它的种类很

多，常用型号为306、307、196、198、199、7541、3301等

各种型号都有不同的耐腐蚀和耐温能力。 三、酚醛树脂玻

璃钢

酚醛树脂玻璃钢也是一种常用玻璃钢，其颜色为深棕色，

它具有很高的耐腐蚀性，但机械性能较差，适合在金属、水

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泥、木材、石槽等容器贴衬。其原料酚醛树脂是人工合成最

早的一种树脂，约有60多年历史，常用型号有213、2130、

101、102、103等。

四、呋喃树脂玻璃钢

呋喃树脂玻璃钢其颜色为黑色，虽然机械性能较差，但它

具有突出的耐腐蚀性，既耐酸又耐碱、又有较高的耐热性、

优于酚配合等其他树脂，这种玻璃钢适合在金属、水泥、木

材、石槽等容器贴衬。 其原料呋喃树脂种类有糠醇、糠醛、

糠酮醛等。

关于玻璃的论文（4）

产品简介 »

以高强玻璃纤维为增强材料，以合成树脂为基体材料，并

掺入适量辅助剂复合而成的复合材料，称为玻璃纤维增强塑

料（英文缩写：FRP）俗称玻璃钢。玻璃钢筋材是一种粗糙

表面螺纹式杆体，其比重一般在1.5-2.1（g／cm3）之间。

产品特点：

比强度高：抗拉强度优于普通钢材，高于同规格钢筋，而

且抗疲劳性好；

质量轻：仅为同体积钢筋的1／4；

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耐腐蚀性强：可抵抗氯离子和低PH值溶液的侵蚀，尤其

是抗碳化合物和氯化合物的腐蚀性更强；

材料结合力强：热膨胀系数与钢材相比更接近水泥，因此

FRP筋材与混凝土结合握裹力更强；

可设计性强：弹性模量稳定。热应力下尺寸稳定，折弯等

形状可任意热成形；安全性能好，不导热、不导电、阻燃抗

静电，通过配方改变与金属碰撞不会产生火花；

透磁波性能强：FRP筋材是一种非磁性材料，在非磁性或

电磁性的混凝土构件中不用做脱磁处理；

施工方便：可按用户要求生产各种不同截面和长度的标准

及非标准件，现场绑扎可用非金属拉紧带，操作简单。混凝

土结构增强（需较大安全储备量的部位）需要防结冰液体中

的混凝土结构；海水、淡水等腐蚀介质环境的混凝土结构；

非承载的混凝土结构，需要脱磁的特殊工程领域。

应用范围：该产品可广泛用于以下领域：混凝土结构增强

（需较大安全储备量的部位）需要防结冰液体中的混凝土结

构；海水、淡水等腐蚀介质环境的混凝土结构；隧道、钻探

勘探工程中短期加固的混凝土结构；对非承载的混凝土结

构；对热传导敏感的混凝土结构。如：水利、污水处理系统

混凝土结构工程、化工厂、大体积浇拉模板、水中桩柱、交

通、煤矿、地下建筑、隧道遂洞工程、港口码头等工程领域。

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产品特征 » 商 标

产品规格

产品产量

产品价格

公司名称

宜锚凌 Φ6～Φ24，Φ6～Φ25 0 0元 淮南市金德实业有限

公司

关于玻璃的论文（5）

关于玻璃化温度的研究

非晶态高聚物从玻璃态到橡胶态，有一个转变——玻璃化

转变。这个转变一般其温度区间不超过几度。但在转变前后，

模量的减少达三个数量级。在实用上是从硬而脆的固体变成

韧性的橡胶。所以，玻璃化转变是高聚物一个重要的特性。

形成玻璃态的主要原因，可能是高聚物分子结构不对称，

不能形成结晶；也可能是没有足够的能量去重排结晶。而且

多数高聚物也只有在特定的条件下方能结晶。同时高聚物很

难形成100%的结晶，总有部分非晶态存在，因此玻璃化转

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变是高聚物普遍现象，只不过非晶态少的高聚物玻璃化转变

不明显。

一，玻璃化转变温度的测定

高聚物在玻璃化转变时，除了力学性质有很大变化，其他

性质如体积，热力学性质， 磁性质等，都有很大变化。在

理论上后面的变化更为重要。下面就简要介绍： 1，体积的

变化

用膨胀计测定玻璃化温度是最常用的方法。一般是测定高

聚物的比体积对温度的关系．把曲线两端的直线部分外推至

交点作为Tg(如图1)

从图可以看出，玻璃化转变同冷却

速率有关：冷却的快。得出的Tg高；

冷却的慢，Tg就较低。同样，加热速

率或快或慢，Tg也或高或低。产生这

种现象的原因是体系没有达到平衡。

但要达到平衡，需要很长的时间(无限

长)，这在实验上做不到。通常采用的

标准是每分钟3℃。

测量时．常把试样在封闭体系中

加热或冷却，体积的变化通过填充液

体的液面升降而读出、这种液体不能

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和高聚物发生反应或溶解、溶胀，最

常用的是水银、也有人用空气作测量

的流体，达时可测定压力的变化。

其它与体积有关的性质也可用于测定，加试样的折射系数、

X射线的吸收等。 2，热力学方法

量热方法也是测定玻璃化温度的常用方法。在Tg时，热

焓有明显变化，热容有—个突变。自从有了差热分析(DTA)

和差示扫描量热计后，量热方法变得更为重要。

象体积变化一样，热焓和热容的变化也和速率有关：图2

表示比体积（V）和焓(H)对温度的关系，图3表示体膨胀系

数和热容对温度的关系，都出现行“滞后”现象。图中曲线1

是缓慢冷却，曲线2是正常冷却和升温，曲线3是快速冷却；

曲线1、3是正常升温。 3，核磁共振法(NMR)

利用电磁性质的变化研究高聚物玻璃化转变的方法是核磁

共振法(NMR)。

在分子运动开始前，分子中的质子处于各种不同的状态，

因而反映质子状态的NMR谱线很宽。当湿度升高，分子运

动加速后，质子的环境被平均化，共振谱线变窄，到了Tg

时谱线的宽度有了很大改变。图5给出了聚氯乙烯的NNR

线宽(ΔH)的变化。由图5可得Tg为82℃。

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图2 非晶高聚物焓和温度的关系 图3 非晶高聚物热容和

温度的关系

除上述方法外，这里再列举几种测定玻璃化转变的方法，

如图6、7、8所示。图6为甲基丙烯酸丙酯的折光率—温度

曲线。由图6可见，T> Tg, dn/dT增加，即链段开始运动后

光线在聚合物中的传播速度增加；图7为天然橡胶导热系数

——温度曲线。可以看出，T>Tg时，链段的无规热运动阻

碍了热能的定向传导，使λ值急剧减小；图8为聚酯酸乙烯

酯的膨胀率——温度曲线。说明了T>Tg时，由于链段运动，

“自由空间”增加，则dv/dT值急剧增大。

4，其他方法

上面的这些测量方法多以玻璃化过程中发生的物理现象为

基础。以不同物理量为准则的测量方法,所得玻璃化温度各不

相同,而且试验测量也相当费力和耗时,而从自由体积理论、

热力学理论和动力学理论来计算玻璃化温度尚存在许多问

题 。因此,有人另辟蹊径对聚合物的玻璃化温度作合理的推

测。下面以硬脂酸乙烯酯+ 乙酸乙烯酯+ 氯乙烯体系形成的

三元聚合物为例,采用神经网络法,建立了进料组成中各组分

的摩尔分数、链节重量分数和聚合度等与玻璃化温度的定量

映射关系,进而对未知条件下的三元聚合物玻璃化温度作出

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了预测。

神经网络作为一种并行仿生信息处理系统,由若干层神经

元组成,各层神经元之间通过联接权进行信息传递与交换。本

文采用具有三层结构的逆传播神经网络模型,网络拓扑结 构

如图1 所示。各层神经元之间的信息通过SIGMOID 函数

进行传递,以SDEC 为迭代收敛判据,以SDEP 表达网络的

预测能力[3] 。二者定义如下:

式中SQRT 表示取平方根,i 和j 分别为训练集和测试集

中的样本序号,加和分别遍及训练集和测试集所有样本

点,yexp 、ycal和ypred分别为实验值、标定值和预测值。

网

络的权值调整按如下方式进行wij = w ij +αδi x j +ηΔw ij

其中w ij为上一层中神经元i 到下一层神经元j 的联接权,

x j为相应神经元的输出值,δ为对应神经元的误差项,ΔWij

为上次迭代权值与前次迭代权值之差,a和η分别称为学习效

率和冲量因子。有关神经网络逆传播算法的详细内容参见文

献[4 ,5 ] 。 玻璃化温度标志着聚合物物理性质的巨大变化。

在Tg 以上,玻璃态聚合物将变得柔顺而趋向于流动。要对

Tg 做出预测,首先要了解影响Tg 的因素。在相同的试验条

件下,影响聚合物Tg 的主要因素是聚合物的结构特性。包括

链的柔性、支化情况、链规整性和聚合物的分子量。对于聚

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合物来说,不同成分的链节比例及各组成链节的重量分数都

将影响Tg 值。链的柔性取决于组成主链的化学结构的本性,

化学链易旋转的柔性链趋向于有低的Tg,若某种集团的引入

阻碍链的旋转而使其僵硬,则会使Tg 升高,侧链的生成将阻

碍链的旋转,从而提高Tg 值,侧链越大,这种效应越明显。另

一方面,侧链的增大,降低了聚合物链间作用力,

弱化了分子间力对

Tg 的影响,侧链效应具有双重作用。从聚合物的链节成分

比例看,各组成成分的差异,影响了链的规整性,规整性好,利

于分子的敛集,限制了分子的内旋转,使玻璃化温度Tg 升高。

从分子量效应看,随聚合物分子量的增加,端基分率减小,自由

体积减小,链的自由度也减小,Tg 值则升高。

综合上述分析,在处理硬脂酸乙烯酯+ 乙酸乙烯酯+ 氯乙

烯三元共聚体系时,我们选择了合成聚合物时进料组成中三

个成分的摩尔分数(X1 ,X2 ,X3) ,以此表达聚合物组成链节比

例的数量效应,考虑到各单体重量上的差异,我们选择了聚合

物中硬脂酸乙烯酯的重量分数和乙酸乙烯酯的重量分数来

表示链节组成上的重量效应(W1 ,W2) 链的柔性、规整性及

支化情况均与此组成效应相关,比如当硬脂酸乙烯酯的重量

分数超过约0. 4 时,聚合物链出现支化。对于分子量效应,我

们选择了聚合度(N) 来表达。这样我们得到6 个影响Tg 的

28

因素,由此构成6 维空间R6 (X1 ,X2 ,X3 ,W1 ,W2 ,N) ,而聚

合物的Tg 将构成一维空间R1 ( Tg) ,为建立两个空间的联

系,我们选择神经网络,采用631 网络拓扑结构,即输入层设

置6 个节点,分别对应于6 个影响因素,输出层设置1 个节

点,对应于Tg 的响应值,隐含层设置3 个节点,以适应由6 维

空间到1 维空间映射的复杂性要求。训练过程的学习效率取

为0. 35 ,冲量因子取为0. 85 。从文献中收集到的数据如表1

所示,取其中前36 组数据作为训练集,其余12 组数据为测试

集。以训练集数据训练神经网络,构造由6 维空间到1 维空

间的映射关系,当SDEC 达到4. 6915 时,网络迭代8800 次,

此时停止训练并转入对测试集的预测,以检验训练模型的预

测能力,得到的SDEP 值为3. 2253 。神经网络训练过程中误

差演化曲线如图9 所示,实验值和预测值之间关系如图10

所示。从图9 可以看出,训练过程是收敛的,说明学习效率和

冲量因子的选择是合理的。从图10 可以看出,实验值和预测

值是比较接近的,说明由神经网络得到的模型是可靠的,实现

的由6 维空间到1维空间的映射关系是正确的。

图9 神经网络训练过程中的误差演化曲线 图10 Tg计算

值，实验值，预测值之间的关系 二，玻璃化转变的理论

玻璃化转变有很多理论，但不外乎从热力学的角度去计算

理想玻璃态的熵，或是从玻璃化转变的松弛现象去考虑动力

29

学过程。

1，自由体积理论

自由体积理论认为高聚物的体积是有两部分组成的，一部

分是大分子本身的占有体积，另一部分是分子间的空隙，后

者即为自由体积。在温度比较高时，自由体积较大，能够发

生链段的短程扩散运动，而不断地进行构象重排。温度降低，

自由体积减小，降至Tg以下时，自由体积减小到一临界值

一下，此时链段的短程扩散运动已不能发生，高聚物表现为

固体的性质，这是就发生了玻璃化转变。

WLF方程预示了玻璃化转变的等自由体积状态。根据

WLF方程

logaTC1TTg

C2(TTg) (1)

根据Doolittle经验式，并假定在Tg时，自由体积分数为

fg ；在Tg以上时，自由体积分数随温度线性变化。

ffgfTTg (2)

由此可推导出WLF方程式的类似形式

logaTlogTTgTB

Tg2.303fgfgTTg f

于是，C1=B/2.303fg, C2=fg/f。B是Doolittle方程中的

常数，近似等于1。

从许多实验事实，发现在大部分非晶态高聚物中，

30

(3)

C1=17.44 C2=51.6 (4)

由此，fg0.025,f4.810/C。这就是说，玻璃化转变

时高聚物的自由体积都等于 体积的2.5%。

上述结论可以用图12加以具体说明。Fox和Flory认为：

在Tg时，玻璃态的比体积是Vg。其中部分是大分子的占由

体积Vo’。Vo是绝对零度时的占有体积，随温度上升，分子

热运动振幅增大，引起占有体积膨胀，替膨胀系数是βg。

Vg中的另一部分是自由体积Vf，在Tg以下，分子运动冻

结，Vf被冻结在高聚物中不再变化。于是，T=Tg时，比体

积是 4o

VgVfVo’Vf1gTg (5)

而T>Tg时，比体积是

VrVg1rTTg (6)

式中βr是Tg以上的替膨胀系数，这时，除了占有体积的

正常膨胀外，自由有体积也在膨胀，



从图12可以知道，自幼体积膨胀系数就是Δβ，

Δβ=βr-βg=βf。当温度降到Tg时，自由体积的分数达到临界

值，等于2.5%。这时，高聚物进入玻璃态。

自由体积理论是一个玻璃化转变处于一个等自由体机状态

的理论，谈随着冷却速率不同，高聚物的Tg并不一样，因

31

此Tg时的自由体机并不相同，同时，自由体积理论认为Tg

以下自由体积不变，实际是会变得。Kovacs曾对高聚物的体

积松弛做过大量的研究工作，他把淬火后的高聚物恒温放

置，发现高聚物的体积随着放置时间的变长而不断变小，这

表明自由体积在不断减小，但减小的速率越来越慢。高聚物

中自由体的多少和其物性关系很大。

2，热力学理论

按照Ehrenfedst对平衡热力学的定义，转变可以分成一级

转变和二级转变。如转变前后的两种物态分别用下标1、2

表示，则在转变点两种物态的Gibbs自由能应相等，即

F1=F2 (7)

但在转变点对一级相变来说，自由能对温度T、压力P的

一阶导数在转变时是不连续的；而对二级转变来说，二阶导

数是不连续的；

一级转变

F1F2TT pP

F1F2PTP T (8)

二级转变

2F12F22T2PT

P

F1F2

TPTPTPP T

32

(9)

2F12F2P2P2T

T

根据热力学的关系，可以明确自由能F对T,P的一阶导数

和二阶导数的物理意义。因为

FFdFdTdPTp PT

dFSdTVdP

FST P

FVP T

2FCPST2TPT

P

FVVTPT

PTP

2FVP2PTT

(10)

其中S熵，V是体积，Cp是热容，β是体膨胀系数，κ是

压缩系数。

因此，一级相变，在转折点，两种物态的熵和体积不相等。

S1S2

V1V2 (11)

二级转变，在转变点，两种物态的Cp，β，κ不相等

CpCP2CP1

2 1

33

2 1

在玻璃化转变时，高聚物的Cp，β，κ恰恰都有不连续性，

所以通常把玻璃化转变看作是二级相变，其实并没达到热力

学平衡，因而不是真正的二级相变。

Gibbs和Dimarzio的理论，是玻璃化转变的热力学理论最

严密的代表，它通过对构象熵随温度的变化进行了复杂的数

学处理，证明通过T2(高聚物熵为零真正二级转变时的温度)

时，F和S是连续变化的，内能和体积也是连续变化的，但

Cp和α不连续变化，从而从理论上预言，在T2时存在真正

的热力学二级相变。

G—D理论认为，尽管事实上无法达到T2,因而无法用实验

证明其存在。但是，在正常动力学条件下观察到的实验的玻

璃化转变行为和T2处的二级转变非常相似，T2和Tg是彼

此相关的，影响它们的因素应该相互平行，因此，理论得到

了关于T2的结果，应当也适用于 (12)

Tg。在这样的框架内，得到了一系列结果，很好的说明了

玻璃化转变行为与交联密度，增塑，共聚和分子量的关系，

也解释了压力对T2,Tg的影响。

G—D理论认为T2时存在真正的二级热力学转变，因此压

力对Tg的影响可以直接从平衡热力学关系式求出。对于—

级相转变，转变温度的压力依赖性由clapeyron方程确定

dTV (13) dP S

34

此式不能直接应用于二级转变，因为此时ΔV和ΔS都为零，

dT/dP不确定。但是，我们可以援引L’Hopital法则，将式

(13)右边的分子和分母分别求导，以求得极限值。将式

(13)右边的分子和分母分别对T求导，并根据式(12)可得

dT2V/TVTg (14) dPS/T Cp

如果对压力求导,则结果为

dT2V/PK (15) dPS/P 

所以压力对T2的影响，当然也就是对g的影响，可以用

式(14)和(15)表示。式

(15)和自由体积理论的结果式相同，并与实验结果基本相

符，说明G—D理论是成功的。 G—D理论预言的热力学二

级转变温度T2，可以由WLF方程求出。当取Tg作为参考

温度时

lgTlg(C1(TTg) (16) )gC2(Tg) T

式中。T称为移动因子，g是温度为g时的松弛时间，

C1和C2两个经验常数此时可取近似普适值．分别等于17.44

和51.6。根据前面的分析，到T= T2时，构象重排需要无限

长的时间，即2；或者说，为将一个有着无限时

间标尺的实验数据，移动到有限的时间标尺，必须取

lgT。显然，满足上述条件，方程式(16)右边的分子维

持有限值时，分母必须变为零，即

C2+T2－g=0 (17)

35

因而

T2= g－C2≈g－52 (18)

2，动力学理论

玻璃化转变现象有着明显的动力学性质，Tg与实验时间标

尺有关，因此有人认为玻璃化转变是由动力学方面的因素引

起的。

最初的动力学理论认为，当高聚物收缩时，体积收缩有两

部分组成：一是连锻的运动降低，另一部分是连锻的构象重

排成能量较低状态，后者又一个松弛时间。在降温过程中，

当构想重排的松弛时间适应不了降温速度，这种运动就被冻

结出现玻璃化转变。

动力学理论的另一类型式位垒理论，这些理论认为大分子

构想重排时涉及到主链上单键

的旋转，键在旋转时存在位垒，当温度在Tg以上时，分

子运动有足够的能量去克服位垒，达到平衡。但当温度降低

时，分子热运动的能量不足以克服位垒，于是便发生了分子

运动的冻结。

三，影响玻璃化温度的因素

由于玻璃化转变是与分子运动有关的现象，而分子运动又

和分子结构有着密切关系，所以分子链的柔顺性、分子间作

用力以及共聚、共混、增塑等都是影响高聚物Tg的重要内

因。此外，外界条件如作用力、作用力速率,升(阵)温速度等

36

也是值得注意的影响因索。

1．化学结构

(1) 链的柔顺性

分子链的柔顺性是决定高聚物Tg的最重要的因素。主链

柔顺性越好，玻璃化温度越低。 主链由饱和单键构成的高

聚物，因为分子链可以固定单键进行内旋转，所以Tg都不

高，特别是没有极性侧基取代时，其Tg更低。不同的单键

中，内旋转位垒较小的，Tg较低。例如，

高聚物聚二甲基硅氧烷

CH3聚甲醛聚乙烯*CH3O**H2CO**H2CH2Cn

-83n-68n*

主链中含有孤立双键的高聚物，虽然双键本身不能内旋转，

但双键旁的α单键更易旋转，所以Tg都比较低。例如，丁

二烯类橡胶都有较低的玻璃化温度。 Tg/oC-123

高聚物

聚丁二烯*H2CCHCHH2C*Tg/oC-95

天然橡胶*H2CC

CH3CHH2C*-73

丁苯橡胶*H2CCHCHH2CH2CHC*-51

(2)取代基

旁侧基团的极性，对分子链的内旋转和分子间的相互作用

37

都会产生很大的影响。侧基的极性越强，Tg越高。一些烯

烃类聚合物的Tg与取代基极性的关系如表2所示。

表2 烯烃高聚物取代基的极性和Tg的关系

此外，增加分子链上极性基团的数量，也能提高高聚物的

Tg.但当极性基团的数量超过一定值后，由于它们之间的静

电斥力超过吸引力，反而导致分子链间距离增大，Tg下降。

取代基的位阻增加，分子链内旋转受阻碍程度增加，Tg升

高。

应当强调指出，侧基的存在并不总是使Tg增大的。取代

基在主链上的对称性对Tg也有很大影响，聚偏二氯乙烯中

极性取代基对称双取代，偶极抵销一部分，整个分子极性矩

减小，内旋转位垒降低，柔性增加，其Tg比聚氯乙烯为低；

而聚异丁烯的每个链节上， 有两个对称的侧甲基，使主链

间距离增大，链间作用力减弱，内旋转位垒降低，柔性增加，

其Tg比聚丙烯为低。又如，当高聚物中存在柔性侧基时，

随着侧基的增大，在一定范围内，由于柔性侧基使分子间距

离加大，相互作用减弱，即产生“内增塑”作用，所以，Tg

反而下降。

(3)几何异构

单取代烯类高聚物如聚丙烯酸酯、聚苯乙烯等的玻璃化温

度几乎与它们的立构无关，而双取代烯类高聚物的玻璃化温

38

度都与立构类型有关。一般，全同立构的Tg较低，间同立

构的Tg较高。在顺反异构中，往往反式分子链较硬，Tg较

大。

(4)离子键的引入

分子链间有离子键可以显著提高Tg。例如，聚丙烯酸中加

入金属离子，Tg会大大提高，其效果又随离子的价数而定。

用Na+使Tg从l06℃提高到280℃；用Cu2+取代Na+， Tg

提高到500℃。

2，其他结构因素的影响

(1) 共聚

无规共聚物的Tg介于两种共聚组分单体的Tg之间，并且

随着共聚组分的变化，其Tg在两种均聚物的Tg之间线性或

非线性变化。

非无规共聚物中，最简单的是交替共聚，他们可以看成是

两种单体组成一个重复单元的均聚物，因此只有一个Tg。

而嵌段或接枝共聚物情况就复杂多了。

(2)交联

随着交联点的增加，高聚物自由体积减少，分子链的运动

受到约束的程度也增加，相邻交联点之间平均链长变小，所

以Tg升高。

(3)分子量

分子量的增加使Tg增加，特别是在分子量很小时，这种

39

影响明显，当分子量超过一定的程度后，Tg随分子量变化

就不明显了。

(4)增塑剂和稀释剂

增塑剂对Tg的影响也是相当显著的，玻璃化温度较高的

聚合物在加入增塑剂后，可以使Tg明显下降。例如：纯的

聚氯乙烯Tg=78℃,在室温下是硬塑料，加入45%的增塑剂

后，Tg=-30℃，可以作为橡胶代用品。淀粉的玻璃化温度在

加水前后就有明显的变化。

参考文献：

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1995.06

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出版社 1984.07

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behavior of liquids at low temperatures

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