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 von der Harzchemie und vom erreichten Härtungszustand ab. Wärme kann die weitere Reaktion fördern; die erreichbare Tg ist jedoch weder gleich der Härtungstemperatur noch durch sie als feste Obergrenze begrenzt. Bei vielen kalthärtenden Laminier-Epoxiden liegen die Werte nach Raumtemperaturhärtung etwa bei 50 bis 60 °C, während andere Systeme deutlich höhere Werte erreichen. Maßgeblich sind die Kombination aus Harz und Härter, der vollständige Härtezyklus und die jeweilige Prüfmethode.

Gemessen wird die Tg beispielsweise mit DSC (Dynamische Differenzkalorimetrie, Änderung der Wärmekapazität) oder DMA (Dynamisch-mechanische Analyse, Änderung mechanischer Eigenschaften). Verfahren und Auswertung können unterschiedliche Werte ergeben; zu jeder Tg-Angabe gehören daher Prüfmethode, Auswertekriterium und Härtungszustand. Die HDT ist eine andere Prüfgröße: Sie erfasst eine definierte Verformung unter mechanischer Last und ist kein austauschbarer Ersatzwert für Tg.

Im Detail

  • Härtezyklus und System gemeinsam betrachtenEine steigende Tg kann während der Härtung die Molekülbeweglichkeit und damit die weitere Reaktion verlangsamen. Daraus folgt keine feste Gleichheit mit der Härtungstemperatur. Welche Tg erreicht wird, muss das Datenblatt für den jeweiligen Härtezyklus oder eine Messung am tatsächlich ausgehärteten Material zeigen.
  • 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.

Mehr dazu: Hitzebeständigkeit von GFK