Die Glasübergangstemperatur (Tg, von englisch glass transition) ist eine der wichtigsten Kennzahlen jedes ausgehärteten Harzes. Sie beschreibt den Temperaturbereich, in dem das Harz vom harten, eher spröden Glaszustand in einen weichen, gummiartigen Zustand wechselt. Unterhalb der Tg ist das Material steif und fest, oberhalb wird es zunehmend nachgiebig – Steifigkeit (E-Modul) und Festigkeit brechen deutlich ein.

Wichtig: Der Glasübergang ist kein scharfer Schmelzpunkt, sondern ein Bereich von oft mehreren Grad. Harze wie Epoxid-, Polyester- oder Vinylesterharz sind amorph – ihre Molekülketten sind ungeordnet verknäult. Mit steigender Temperatur werden diese Ketten beweglicher, bis sie leichter aneinander abgleiten können. Genau in diesem Bereich liegt die Tg. Kühlt das Bauteil wieder unter die Tg ab, gewinnt es seine ursprüngliche Steifigkeit weitgehend zurück.

Die Tg hängt stark vom Harzsystem und vor allem von der Aushärtung ab. Als Faustregel gilt: Die Tg steigt mit der Temperatur, bei der das Harz vernetzt wird, und kann diese Temperatur nicht wesentlich übersteigen – meist nur um einige zehn Grad. Bei reiner Aushärtung bei Raumtemperatur erreichen viele Epoxidharze daher nur etwa 50 bis 60 °C (Richtwert, je nach Produkt/Datenblatt). Durch gezieltes Tempern (kontrolliertes, schrittweises Erwärmen, auch Warmhärten oder Nachhärten genannt) lässt sich die Tg deutlich anheben – bei Spezialsystemen bis über 200 Grad.

Gemessen wird die Tg im Labor, meist mit DSC (Dynamische Differenzkalorimetrie, erfasst die Änderung der Wärmeaufnahme) oder DMA (Dynamisch-mechanische Analyse, erfasst die Änderung der Steifigkeit). Weil verschiedene Verfahren und Auswerte-Definitionen leicht unterschiedliche Werte liefern (oft 10 bis 15 Grad Unterschied), gehört zu einer Tg-Angabe immer die Prüfmethode. Eng verwandt ist die HDT (Wärmeformbeständigkeit), ein praxisnaher Ersatzwert unter mechanischer Last.

Im Detail

  • Aushärtetemperatur begrenzt die TgEin bei Raumtemperatur gehärtetes Laminat erreicht nur eine niedrige Tg. Erst Tempern bringt sie nach oben – aber kaum höher, als es die höchste erreichte Aushärtetemperatur zulässt. Bei der Aushärtung verglast das Harz nämlich, sobald seine Tg die Aushärtetemperatur erreicht, und die Vernetzung kommt fast zum Stillstand.
  • Sicherheitsabstand einplanenDie Dauereinsatztemperatur sollte spürbar unter der Tg liegen, denn die Eigenschaften lassen schon vor Erreichen der Tg nach. Ein Abstand von einigen zehn Grad ist üblich (je nach Anwendung und Datenblatt).
  • Kein scharfer PunktDie Tg ist ein Übergangsbereich, kein exakter Wert. Messmethode, Aufheizrate und Aushärtegrad beeinflussen das Ergebnis – daher Werte aus dem Datenblatt immer mit zugehöriger Prüfmethode vergleichen.