結晶與非結晶, 結晶度, 收縮(13, 14) - PP Solutions

結晶聚合物的例子，包括聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)（包括所有變形的PE），尼龍(PA)和 ... 這是晶體開始熔化的溫度，結晶聚合物與非晶態聚合物(Amorphous ... skiptomain| skiptosidebar 2009年10月2日星期五 結晶與非結晶,結晶度,收縮(13,14) 3.3.如何選取最適宜的聚合物(HowDoIchoosethebestmaterialformyapplication?)3.3.1.結晶與非結晶材料(Crystalandnon-crystalmaterials)3.3.1.1.結晶的介紹(Crystallinity)本節將討論結晶塑料，包括：它是什麼?以及，它如何影響塑料的特性。

聚合物的結晶與鹽的結晶是不一樣的，鹽是完全結晶，而聚合物是半結晶。

聚合物具有短程有序(shortrangerorder,SRO)特性和較寬鬆的組織。

結晶度，在塑料類中，是一個很重要的因子。

非晶態聚合物（結晶程度不是很大者）具有與晶態聚合物（結晶程度很大者）完全不同的特性。

了解結晶，和其對聚合物特性的影響，對於認識聚合物特性是有很大幫助的。

3.3.1.2.非晶態聚合物(Amorphouspolymers)無論是在固體或液體的狀態下，非晶態聚合物的分子鏈是沒有明確秩序的。

這種特性，就像一碗意大利麵(Spaghetti)，長的意大利麵之間，是滑順並具有彈性的。

當處理非晶態聚合物時，熔化的非晶態聚合物像似意大利麵。

正如熱的意大利麵條倒進碗裡，麵會形成碗的樣子，同樣地，塑料也會做一樣的反應，充塞於模具並塑形。

冷卻後，意大利麵條的長鏈會糾纏在一起，非晶態聚合物，也具有非常類似的反應。

非晶態聚合物，包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚苯乙烯(PS)，聚氯乙烯(PVC)和ABS。

基本上，任一可被製作成透明形式的聚合物，都稱為非晶態聚合物。

3.3.1.3.結晶聚合物(Crystallinepolymers)結晶聚合物在熔化階段的特性與非晶態聚合物，非常相似。

然而，兩者之間真正的差異，在於降溫冷卻的過程。

結晶聚合物經過冷卻，會建立小區域的短程有序(short-rangeorder,SRO)形式。

對結晶聚合物而言，這些是高度組織和緊密密合的聚合物分子，也被稱為“聚合物晶體”。

然而，他們一點也不像鹽的晶體或其他無機材料。

關於晶體的形成，有幾個模式和相關的理論，但最常用的是“fringedmicelle”的模式。

單一聚合物的主鏈(backbonechain)可能存在於不同晶粒部分，這些部分是小而分離的晶粒，而且是沒有短程秩序(SRO)的。

對較大的結構而言，是由一群晶體組成，被稱為球晶體(spherulites)，大量的材料也是由這些球晶體組成的。

這些材料以類似的方式形成和增長，最後成為原材料的顆粒。

晶體的形成始於核點(nucleationpoint)，再向外延伸到了大量的聚合物。

這核(nucleation)可以是下列之一：(1)均質晶體(Homogeneous)-是一種純的(pure)聚合物，例如：原生聚丙烯(virginPP)，它是由少量的核點和少量的大晶體結構組成。

(2)異質晶體(Heterogeneous)-是由在聚合物內（自然的或加工的）的粒子，作為核點和形成許多小晶體者，稱為異質。

聚丙烯(PP)就是一例，例如：將著色劑(coloringagent)加入PP，產生較高的收縮率(shrinkagerate)。

該類型的核化過程(nucleationprocess)，將影響到結晶聚合物的性能。

與具有大量小型晶體的產品相比，具有少量的大型晶體的產品，擁有不同的特性。

結晶聚合物的例子，包括聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)（包括所有變形的PE），尼龍(PA)和聚甲醛(POM)。

一般而言，任何自然形成半透明或不透明的聚合物，是一個結晶聚合物。

3.3.1.4.結晶度(Thedegreeofcrystallinity)並非所有聚合物的結晶度都相同。

所有結晶聚合物都具有不同程度的結晶。

結晶度，可以介於0％（非晶態聚合物）和80％（高結晶聚合物）之間。

對於聚合物結構，聚合物的結晶還會受其他變數影響，包括：(1)聚合物分子鏈長度(polymerchainlength)：分子量可用來量測聚合物主鏈(backbonechain)的長度。

如果分子量高，則聚合物主鏈是長的，但是其結晶度會降低。

這可由聚乙烯(PE)的特性，說明這一點。

高密度聚乙烯分子(HDPE)的鏈長度，是低密度聚乙烯(LDPE)分子的100倍以上。

所以，高密度聚乙烯的結晶度遠低於低密度聚乙烯。

(2)立體規則性(stereoregularity):是說明在聚合物主鏈(backbonechain)上，mers（聚合物的單體）排列的樣式。

包括isotactic、syndiotactic和atactic。

定形立體構造(isotactic)材料是各單體(mers)沿主鏈，成同一立體配置的方式連接在一起；異位立體構造(syndiotactic)材料是各單體(mers)沿主鏈，交互但相反立體配置的方式連接在一起；再來，無規立體構造(atactic)材料，則是以隨機的方式連接各單體(mers)。

無規(atactic)材料，一般是指非晶態材料，因為缺乏聚合物鏈秩序；然而，因為聚合物鏈高度的規律性，定形(Isotactic)和異位(syndiotactic)聚合物通常是結晶態材料。

這種特性可以用來提高一些聚合物的性能，例如聚丙烯(PP)，可以利用材料的立體規則性(stereospecific)去增進結晶的特性。

(3)極性基(polargroup):有些聚合物在主鏈上，具有極性基，例如：在許多非晶態聚合物含有CO基(group)。

這些極性基，會相互排斥，防止其形成結晶結構。

同樣地，有些材料，如聚.胺(polyamides)，因為主鏈之間的相互吸引，使其容易形成晶體。

鏈分支(chainbranching):是指主鏈(backbonechain)分支的程度，這會影響聚合物結晶。

具有高度分支化的聚合物，一般比線性聚合物(linearpolymer)更難結晶，這是因為鏈具有長分支的緣故。

3.3.1.5.結晶速度(Therateofcrystallization)依據溫度、結晶速度的不同，歸納出兩個重點如下:(1)Tg-玻璃化轉變溫度(glasstransitiontemperature)。

溫度低於Tg時，聚合物內幾乎沒有任何分子運動。

聚合物具有許多普通有機玻璃的性質，包括硬度和剛度。

(2)Tm-結晶熔點(crystallinemeltingpoint)。

這是晶體開始熔化的溫度，結晶聚合物與非晶態聚合物(Amorphouspolymers)具有相似的結晶熔點，它並沒有短程有序(SRO)。

一般而言，Tm隨結晶度增加而增加。

非晶態聚合物和結晶聚合物的特性如下:(insertTable)3.3.1.6.熔化(Melting)每一種結晶聚合物各具有不同的熔點（Tm），當溫度達到熔點時，結晶聚合物的結晶部分會斷裂且短程有序(SRO)特性會消失。

另外，非晶態聚合物，可在一較大的溫度範圍內被軟化(Soften)。

3.3.1.7.收縮(Shrinkage)在加工之後，塑料產品均會收縮，但結晶和非晶態聚合物具有不同的收縮模式。

在加工處理並冷卻後，所有塑料元件均會收縮，那是由於其壓縮性和降溫熱收縮的緣故。

對於非晶態聚合物，這是唯一的因素，可以容易計算出來的。

但是，由於晶粒包含了更多和更好的包裝排列的聚合物鏈，相變(phasetransition)顯著地增加了收縮率。

對於非晶態聚合物，收縮值不僅低，而且收縮會快速發生。

對於一個典型的非晶態聚合物，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，收縮值將落在0.001-0.005m/m。

這是由於從約150℃（熔點）冷卻到23℃（室溫）時，收縮值會受熱膨脹係數影響。

在加工冷卻之後，收縮率將立即達到90-95％，並在3至4個小時內達到100％。

結晶聚合物的收縮不僅受壓縮及溫度影響，而且也受結晶的影響。

當聚合物固化時，晶體的形態和包裝的改進，將導致收縮值遠大於非晶態聚合物。

對於一個典型的結晶聚合物，如聚丙烯，收縮值將落在為0.01-0.025m/m。

結晶聚合物的收縮值約為非晶態聚合物的5至10倍。

對這一較高的收縮值而言，只有約85％將發生在第一個24小時內，大約有98-99％將發生在第一個星期，其餘的收縮可能要會花上3個月才完成。

一般而言，收縮約有85％的比例會在第一個24小時內發生和約有98-99％發生在第一週內。

其餘的部分，收縮可能會花上3個月才完成。

在最高結晶溫度下，聚合物在很短的時間(一小時之內)，迫使充分收縮並達到平衡，退火成形，這是正常的。

這個可變的收縮效應意味著，對於非晶態聚合物，這加工公差是可被實現的，對於這一點，其遠勝於結晶聚合物。

3.3.1.8.控制結晶(Controllingcrystallinity)結晶度是可以被控制的，借助修改加工技術，甚至在半結晶塑料也是可以被控制的。

將塑料元件透過高溫淬火(quench)，或迅速降溫(rapidlycool)，以減少晶體的形成。

然而，聚合物的Tg(玻璃化轉變溫度）和運作溫度的相對關係，可以影響晶體的成形。

如果Tg溫度高於運作溫度，則在冷卻的過程中，淬火將防止形成晶體。

因此，在產品的使用壽命期間，他們是不可能成形的。

同樣，如果該運作溫度與Tg溫度值相同或更高時，淬火會促使塑料結晶和收縮，但結晶和收縮有可能延後發生，但也有可能造成產品不宜使用。

同樣地，在加工後，將聚合物退火(anneal)，以確保結晶能適當的產生。

退火(anneal)是將聚合物的溫度保持在Tg之上和Tm之下，維持一段特定的時間，這將有助於控制晶體結構的生長。

如果使用非均相成核(heterogeneousnucleation)，則高成核(highnucleation)和生長率(growthrate)是可以被實現的。

在這種情況下，核(nucleation)是由外接粒子觸發起動，這外接粒子是一個典型的聚合物，類似基礎聚合物，但它具有較高的熔點。

一些商業產品採用特殊的成核劑(nucleationagent)，去生產高度結晶並控制結構，包括著色劑(coloringagent)。

那也可以在低於熔點溫度(Tm)時，拉伸聚合物，借助晶體結構的方向伸展，促使定向結晶，建造結晶長絲，纖維或膠布。

這冷拔(cold-drawing)技術是廣泛用於纖維及薄膜生產，以生產高強度纖維和薄膜，和生產射出吹塑的PET瓶。

3.3.1.9.小結聚合物結晶，不是一個僅具有邊際利益的實驗室產物。

實際上，結晶是一種聚合物的基本特性，它不但能控制也可以影響到很多的聚合物加工技術。

結晶不容易理解，一旦了解，它可提供現代塑料加工一個基本框架，去了解更多的相關性質，製程和問題。

3.3.2.最終產品的物理特性需求(Determiningthephysicalrequirementsofthefinalproduct)3.3.2.1.柔軟性(Softness)3.3.2.2.耐溫性與耐候性(Temperatureandweatherresistance(temperatureeffect))3.3.2.3.耐衝擊性(ImpactResistance)3.3.2.4.透明度需求(ClarityRequirements) Postedby Tech at 下午2:54 Labels: 收縮, 柔軟性, 耐候性, 耐衝擊性, 透明度, 結晶度, 結晶速度, 結晶與非結晶 沒有留言: 張貼留言 較新的文章 較舊的文章 首頁 訂閱： 張貼留言(Atom) 標籤 三共聚合物 (1) 分子量 (1) 分子量分佈 (1) 化合 (1) 天然氣 (1) 可控流變 (1) 石油產物 (1) 安定劑 (1) 收縮 (1) 低密度聚乙烯 (1) 形態 (1) 批式攪拌設備 (1) 改良劑 (1) 非極性 (1) 柔軟性 (1) 耐候性 (1) 耐衝擊性 (1) 茂金屬 (1) 射出 (1) 高密度聚乙烯 (1) 乾燥攪拌器 (1) 液態催化裂解 (1) 混合原理 (1) 添加劑 (2) 烯烴裂解 (1) 透明度 (2) 透明劑 (1) 連續攪拌設備 (1) 單聚物，随意共聚物，耐衝擊共聚物 (1) 結晶度 (1) 結晶速度 (1) 結晶與非結晶 (1) 塑料加工 (1) 極性 (1) 煉油廠 (1) 蒸汽裂解 (1) 蒸餾塔 (1) 碳氫化合物 (1) 聚丙烯 (7) 製程技術 (1) 彈性材料 (1) 線性低密度聚乙烯 (1) 凝膠 (1) 操作助劑 (1) 擠壓 (1) 螺桿擠出機 (1) 鏈結構 (1) 攪拌 (1) Borstar (1) Chisso (1) cross-link (1) LyondellBasell (1) MTO (1) PDH (1) SEBS (1) UNIPOL (1) Vistamaxx (2) 網誌存檔 ▼  2009 (15) ►  10/11-10/18 (3) ▼  09/27-10/04 (12) 聚丙烯,製程技術(7,8,9,10) 聚丙烯,分子量,分子量分佈,鏈結構(11,12) 結晶與非結晶,結晶度,收縮(13,14) 聚丙烯,塑料加工,透明度(15,16) 凝膠(17) 彈性材料(18) 可控流變(19) 結晶,Vistamaxx,聚丙烯,聚乙烯(20,21,22) 極性分子,非極性分子(23) 化合,添加劑,混合原理(24,25) 化合方法,攪拌設備,擠出機(26) 添加劑,安定劑,操作助劑,安定劑,改良劑,改良劑(27) 搜尋此網誌