Indice dei contenuti
Le proprietà dei solidi dipendono in larga misura dalla disposizione delle particelle (atomi e molecole) che li compongono. Se la disposizione è casuale, le sostanze sono amorfe. Nelle sostanze cristalline, le particelle sono disposte a intervalli regolari e in uno schema fisso.
Mentre i polimeri reticolati (duromeri, elastomeri termoindurenti) hanno sempre una struttura amorfa, nei polimeri termoplastici si possono formare dei cristalli. Nella maggior parte dei casi, le aree con struttura cristallina e quelle con struttura amorfa si formano una accanto all’altra. In questo modo si ottiene una plastica semicristallina.
L’entità della cristallizzazione dipende dalle condizioni di solidificazione della plastica. La temperatura durante la solidificazione e la velocità della variazione di temperatura hanno un’influenza decisiva.
Proprietà del materiale in funzione del grado di cristallizzazione
La cristallizzazione della plastica ne aumenta la densità, la temperatura di vetro e la temperatura del vetro.
temperatura del vetro
la
temperatura di fusione
e la resistenza. Di conseguenza, migliorano anche la stabilità dimensionale e la resistenza all’usura meccanica. Allo stesso tempo, il
coefficiente di espansione termica
e la capacità di penetrazione di liquidi e gas diminuiscono. Queste proprietà ampliano la gamma di applicazioni dei polimeri semicristallini.
Il calore viene rilasciato durante la cristallizzazione. L’entalpia di cristallizzazione può essere misurata mediante
Cristallizzazione
Il passaggio dallo stato liquido a quello solido può avvenire in due modi con i polimeri: Un polimero fuso si solidifica oppure precipita da una soluzione supersatura. Le macromolecole perdono gran parte della loro energia cinetica nel processo, che viene rilasciata nell’ambiente sotto forma di calore.
In un intervallo di temperatura limitato, le catene molecolari a forma di palla possono “allungarsi”. In questo modo, si dispongono in strutture parallele, costituite da
La formazione della struttura cristallina richiede un punto di partenza, definito nucleo di cristallizzazione. Le più piccole quantità di polimeri già cristallini o persino molecole estranee come il quarzo possono fungere da nucleo. Il cristallo cresce attorno a questo nucleo fino a quando non incontra altri cristalli o aree di materiale amorfo solidificato. Aggiungendo nuclei di cristallizzazione alla fusione o alla soluzione, è possibile influenzare il numero e quindi anche la dimensione dei cristalli.
Quali sostanze siano adatte come nuclei di cristallizzazione dipende dal singolo sistema polimerico e deve essere determinato sperimentalmente. Anche il tempo necessario per la crescita dei cristalli e l’intervallo di temperatura ottimale sono determinati dagli esperimenti. I metodi di analisi termica sono adatti a questo scopo.
Ricristallizzazione
La ricristallizzazione è la formazione e la riformazione di cristalli. Questo processo si verifica involontariamente quando la temperatura dei materiali cristallini o semicristallini raggiunge un certo valore o i polimeri vengono deformati da forze meccaniche esterne. È anche legato all’aumento o alla diminuzione della mobilità delle particelle. La ricristallizzazione può essere utilizzata in modo mirato per ottenere le proprietà del materiale richieste. A questo scopo sono disponibili diversi processi.
Post-cristallizzazione dovuta allo stiramento
Questo processo viene utilizzato per la produzione di fibre sintetiche, film e corpi cavi. Le fibre e i film sintetici vengono prodotti estrudendo i polimeri riscaldati. Il materiale viene pressato attraverso ugelli o aperture simili ad alta pressione e assume la sua forma.
Vengono quindi applicate delle forze di trazione che fanno sì che le catene molecolari si allunghino e si dispongano in parallelo. I corpi cavi (taniche, bottiglie) possono essere prodotti a partire da pezzi grezzi che vengono espansi da una sovrapressione all’interno. Le tensioni di trazione che si generano nel materiale portano alla formazione di cristalli.
Ricristallizzazione dalla soluzione
Le macromolecole di un polimero sono distribuite uniformemente in una soluzione. Se si verifica una sovrasaturazione, ossia un aumento della concentrazione delle macromolecole nella soluzione al di sopra della massima solubilità alla rispettiva temperatura della soluzione, queste si separano allo stato solido. Nel processo, si riorganizzano e possono formare strutture cristalline.
Un prerequisito per la cristallizzazione è il mantenimento della temperatura ottimale e del tempo necessario per la crescita dei cristalli. La ricristallizzazione può essere supportata e controllata aggiungendo nuclei di condensazione (“semina” della soluzione).
