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正确理解-结晶塑料和非结晶塑料
来源: | 作者:mclplastics | 发布时间: 2016-07-20 | 1443 次浏览 | 分享到:

众所周知,塑料的组成是由许多线状、细长之高分子化合物组成的集合体。依分子成正规排列的程度,称为结晶化程度(结晶度),而结晶化程度可用x线的反射来量测。

a、结晶性塑料有明显熔点(Tm),固体时分子呈规则排列,强度较强,拉力也较强。熔解时比容积变化大,固化后较易收缩,内应力不易释放出来,成品不透明,成形中散热慢,冷模生产之日后收缩较大,热模生产之日后收缩较小。

b、另有一种为非结晶性塑料,其无明显熔点,固体时分子呈不规则排列,熔解时比容积变化不大,固化后不易收缩,成品透明性佳,料温越高色泽越黄,成形中散热快。

可能会有朋友会问晶体啥样子啊?怎么控制塑料结晶呢?

先来看一下塑料结晶后球晶的图像:

 二  如何控制塑料结晶?

控制塑料结晶有两方面含义:一方面是控制结晶度的大小,一方面为控制结晶质量,这两方面都会对塑料性能产生很大影响。

聚合物的结晶度愈高,熔融温度和耐热性也增高,弹性模量、硬度、拉伸、弯曲等强度皆提高,韧性下降。

以PP(聚丙烯)为例,在同一结晶度下,如果其制品中含有粗大的球晶,其制品透光性差,外观缺乏美感;球晶之间有明显的界面,在界面处易产生应力集中,则其韧性不好,而对刚性及硬度有利;微晶的数目增多,球晶数目减少,晶体尺寸变细,从而改善其物理性能,改善光泽和增加透明度



如果含有β晶型的小球晶,则韧性好,改善冲击强度、屈服强度。而拉伸形成的串晶,从而可以改善其制品韧性,并大幅度提高拉伸强度、光泽度、硬度、阻隔能力等性能。


 三  控制结晶的方法

常用几种可控制结晶的方法有以下几种:

1.温度控制法

a、熔融温度熔融温度越低,越有利于均相成核的晶核形成,增加晶体生长点,即可以提高结晶度,又可以使晶体尺寸减小。所以在具体加工过程中在保证塑化成型前提下,熔融温度稍低一点,对结晶有利。


b、冷却温度冷却温度对结晶度及结晶质量影响最大,是控制结晶的最有效方缓慢冷却,可使塑料在结晶区内停留时间加长,从而使结晶度升高,但缓慢冷却却容易产生粗大的球晶,对韧性不利而对刚性及硬度有利。

快速冷却,一方面使塑料迅速经过结晶区域,从而降低结晶度;另一方而由于晶体生长时间短,也使结晶尺寸变细,有利于透明性及韧性的改善。

在实际应用中,采取缓冷还是快冷,视产品性能需要而定。如果要求产品的透明度高,则需快速冷却;如果要求产品刚性及硬度高,则需缓慢冷却。


2.成核剂控制法

成核剂的加入主要是促进异相成核,增加晶体生长点,使结晶度提高,并使晶体颗粒变细、从而改善冲击强度、屈服强度及光泽等。回复“成核剂”查看更多成核剂

成核剂有无机类、有机类及高分子三类:


a、无机成核剂无机成核剂以滑石粉为主,同时包括:CaCO3、云母、无机颜料等。这类成核剂对塑料透明性有影响,因而应限制其在透明制品中的用量。



b、有机成核剂有机成核剂主要有:钠、镁、铝、钛等金属芳香羧酸盐,有机磷酸盐、山梨酵糖类等。

c、有机高分子成核剂有机高分子成核剂为一些高熔点的聚合物,如乙烯基环烷烃可只于PP等。


值得注意的是,近来发现,成核剂不仅可以使晶体尺寸变细,还可以决定具体的晶型种类。以PP为例,在其制品成型过程中加入的β型成核剂,可以促进口品列的生成,最高可使β晶型含量达到85%"95%。常用的β型成核剂有:喹叮啶酮染料、水久红E3B、DACP(有机羧酸盐与金属盐复合成核剂)等。


3.拉伸控制法

对已经结晶的塑料薄膜及片材类制品进行拉伸,可以使晶体破碎而形成尺寸细小的晶体,并沿拉伸方向形成串晶,从而可以改善其制品韧性,并大幅度提高拉伸强度、光泽度、硬度、阻隔能力等性能。拉伸方法即可以改变塑料结晶质量,也可以提高其结晶度。


4.热处理控制法

热处理一方面可进一步促进结晶而增大结晶度;另一方面可完善结晶质量,使匆忙结晶而留下的结晶缺陷得到充分的修补。

热处理还可使结晶内的不同品型发生互相转化。如对含有β晶型的PP制品,在熔点以上进行热处理会全部熔解,再结晶时,将转化为α晶型,而拟六方晶型在70C以上热处理即可以转变成α晶型。


以PA6为例,(回复“尼龙”来学习尼龙的产业链)对其制品进行热处理后,其各种性能变化如下:

a、拉伸强度在热处理温度为120"180℃及保温时间为10"120min时,拉伸强度随处理温度的提高及保温时间的延长而提高,最大变化幅度可达到10%左右。


b、冲击强度在保温时间4h、处理温度从120℃提高到140℃时,冲击强度下降近60%。但温度超过140℃后,下降则平稳。在温度为180时,保温时间从10min延长到30min时,冲击强度也下降60%。保温时间超过30min后,下降则平缓。


c、硬度在一定范围内,随热处理温度升高及保压时间延长,硬度有所缓慢提高,提高幅度最高可达10%左右。


d、、结晶度热处理可以促进二次结晶,因而可提高结晶度。在保温4h前提下随热处理温度升高,结晶度不断升高;开始稍快一些,超过140℃后,稍缓一些。在热处理温度为180℃前提下,随保温时间延长,开始结晶度不变;但保温时超过120min后,结晶度迅速增大。


附:结晶塑料和非结晶塑料的物性差别和常见塑料的结晶性能


表1:结晶性塑料与非结晶性塑料性能差异

物性

结晶性

非结晶性

比重

较高

较低

拉伸强度

较高

较低

拉伸模数

较高

较低

延展性或伸长率

较低

较高

耐冲击性

较低

较高

最高使用温度

较高

较低

收缩率及翘曲

较高

较低

流动性(MI)

较高

较低

耐化学性

较高

较低

耐磨耗性

较高

较低

抗潜变性(Creep)

较高

较低

硬度

较高

较低

透明性

较低

较高

加玻纤补强效果

较高

较低

尺寸安定性

较差

较佳

着色性

较难

较易

耐热性

较高

较低

折动性

较佳

较差


表2:常见塑料的结晶性


结晶性塑料

非结晶性塑料

 

常用塑料

聚乙烯(Polyethylene,   PE)

聚氯乙烯(Polyvinyl   Chloride, PVC)

聚丙烯(Polypropylene,  PP)

丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚合物 (Acrylonitrile-Butadene-Styrene,  ABS)


压克力(Acrylic Resin,   PMMA)

 

 

常用工程塑料

尼龙(Polyamide, PA-6, PA-66, PA-46, PA-11,   PA-12)

 

 

 

 

聚碳酸酯(Polycarbonate,  PC)

聚对苯二甲酸乙酯(Polyethylenephthalate,   PET)

聚对苯二甲酸丁酯(Polybutylenephthalate,  PBT)

聚缩醛(Polyacetal,   Polyoxy Methylene, POM)

 

特殊工程塑料

聚苯硫醚(Polyphenylene  Sulfide, PPS)

聚醚(Polyphenylene Sulfide, PES)

液晶(Liquid Crystal  Polymer, LCP)

聚讽(Polysulfone,  PSF)

聚二醚酮(Polyether Ether  Ketone, PEEK)

聚芳香酯(Polyarylate,  U-Polymer, PAR)

氟碳树脂(Polytetrafluorcethylene,   PTFE)

聚醚醯亚胺(Polyetherimide,   PEI)

聚氧苯甲酯(Polyoxybenzylene,  POB)

聚醯胺醯亚胺(Polyamideimide,  PAI


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