塑料的結(jié)晶原理與控制
塑料結(jié)晶，是一種塑料內(nèi)大分子鏈按一定規(guī)律形成三維有序排列的現(xiàn)象。結(jié)晶可以影響塑料制品的許多性能，下面分別論述各方面性能受結(jié)晶的影響。首先介紹一下結(jié)晶度的概念，結(jié)晶度的定義為結(jié)晶材料內(nèi)結(jié)晶部分體積或重量占整個(gè)材料體積或重量百分比，一般塑料的結(jié)晶度都不十分高。
一、結(jié)晶對(duì)材料性能的影響
在力學(xué)性能方面，塑料的模量、剛性及硬度都隨結(jié)晶度升高而增大，耐蠕變及應(yīng)力松弛也會(huì)隨結(jié)晶度升高有所改善，拉伸強(qiáng)度則隨著結(jié)晶度的升高存在一個(gè)波谷，即在一定結(jié)晶度前拉伸強(qiáng)度隨結(jié)晶度升高而降低，之后則隨結(jié)晶度升高而升高。而塑料的沖擊強(qiáng)度則隨塑料的結(jié)晶度升高而降低。
在光學(xué)性能方面，過高的結(jié)晶度會(huì)影響塑料的透明性，因?yàn)榻Y(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)的折光指數(shù)差異較大。
在熱學(xué)性能方面，塑料的結(jié)晶可提高其熱變形溫度，從而提高塑料的使用溫度。在塑料不結(jié)晶或低結(jié)晶度時(shí)，塑料的使用溫度為玻璃化溫度；當(dāng)塑料的結(jié)晶度達(dá)到40%以上后，最高使用溫度可達(dá)到塑料的結(jié)晶熔點(diǎn)附近。
因此，控制塑料的結(jié)晶度，就可以在改性方面對(duì)塑料的性能進(jìn)行控制，具有較大的意義。
二、控制塑料結(jié)晶的方式
1、溫度控制法
①熔融溫度: 熔融溫度越低，越有利于均相成核的晶核形成，增加晶體生長(zhǎng)點(diǎn)，即可以提高結(jié)晶度，又可以使晶體尺寸減小。所以在具體加工過 程中，在保證塑化成型前提下，熔融溫度稍低一點(diǎn)，對(duì)結(jié)晶有利。
②冷卻溫度: 冷卻溫度對(duì)結(jié)晶度及結(jié)晶質(zhì)量影響最大，是控制結(jié)晶的最有效的方法。
緩慢冷卻，可使塑料在結(jié)晶區(qū)內(nèi)停留時(shí)間加長(zhǎng)，從而使結(jié)晶度升高，但緩慢冷卻卻容易產(chǎn)生粗大的球晶，對(duì)韌性不利而對(duì)剛性及硬度有利。
快速冷卻，一方面使塑料迅速經(jīng)過結(jié)晶區(qū)域，從而降低結(jié)晶度；另一方面由于晶體生長(zhǎng)時(shí)間短，也使結(jié)晶尺寸變細(xì)，有利于透明性及韌性的改善。
在實(shí)際應(yīng)用中，采取緩冷還是快冷，視產(chǎn)品性能需要而定。如果要求產(chǎn)品的透明度高，則需快速冷卻；如果要求產(chǎn)品剛性及硬度高， 則需緩慢冷卻。
2、成核劑控制法
成核劑的加入主要是促進(jìn)異相成核，增加晶體生長(zhǎng)點(diǎn)，使結(jié)晶度提高，并使晶體顆粒變細(xì)，從而改善沖擊強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度及光澤等。
成核劑有無機(jī)類、有機(jī)類及高分子三類
①無機(jī)成核劑。無機(jī)成核劑以滑石粉為主，同時(shí)包括：碳酸鈣、云母、無機(jī)顏料等。這類成核劑對(duì)塑料透明性有影響，因而應(yīng)限制其在透明制品中的用量。
②有機(jī)成核劑。有機(jī)成核劑主要有：鈉、鎂、鋁、鈦等金屬芳香羧酸鹽、有機(jī)磷酸鹽、山梨醇糖類等。
③有機(jī)高分子成核劑。有機(jī)高分子成核劑為一些高熔點(diǎn)的聚合物，如乙烯基環(huán)烷烴可用于PP等。
成核劑不僅可以使晶體尺寸變細(xì)，還可以決定具體的晶型種類。以PP為例，在其制品成型過程中加入β晶型成核劑，可以促進(jìn)β晶型的生成，最高可使β晶型含量達(dá)到85%-95%.常用的β晶型成核劑有：喹叮啶酮染料、永久紅、DACP（有機(jī)羧酸鹽與金屬鹽復(fù)合成核劑）等。
3、拉伸控制法
對(duì)已經(jīng)結(jié)晶的塑料薄膜及片材類制品進(jìn)行拉伸，可以使晶體破碎而形成尺寸細(xì)小的晶體，并沿拉伸方向形成串晶，從而可以改善其制品韌性，并大幅度提高拉伸強(qiáng)度、光澤度、硬度、陽隔能力等性能。拉伸方法即可以改變塑料的結(jié)晶質(zhì)量，也可以提高其結(jié)晶度。
4、熱處理控制法
熱處理—方面可進(jìn)一步促進(jìn)結(jié)晶而增大結(jié)晶度；另一方面可完 善結(jié)晶質(zhì)量，使匆忙結(jié)晶而留下的結(jié)晶缺陷得到充分的修補(bǔ)。熱處理還可使晶體內(nèi)的不同晶型發(fā)生互相轉(zhuǎn)化。如對(duì)含有β晶型的PP 制品，在熔點(diǎn)以上進(jìn)行熱處理會(huì)全部熔解，再結(jié)晶時(shí)，將轉(zhuǎn)化為α晶型，而擬六方晶型在70度以上熱處理即可以轉(zhuǎn)變成α晶型。
