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As propriedades dos sólidos dependem, em grande medida, da disposição das partículas (átomos e moléculas) que os constituem. Se a disposição for aleatória, as substâncias são amorfas. Nas substâncias cristalinas, as partículas estão dispostas a intervalos regulares e num padrão fixo.
Enquanto os polímeros reticulados (durómeros, elastómeros termoendurecíveis) têm sempre uma estrutura amorfa, podem formar-se cristais nos polímeros termoplásticos. Na maioria dos casos, as áreas com uma estrutura cristalina e as áreas com uma estrutura amorfa formam-se lado a lado. Isto resulta em plásticos semi-cristalinos.
O grau de cristalização depende das condições em que os plásticos solidificam. A temperatura durante a solidificação e a velocidade da mudança de temperatura têm uma influência decisiva.
Propriedades do material em função do grau de cristalização
A cristalização no plástico aumenta a sua densidade, a temperatura do vidro
temperatura do vidro
a
temperatura de fusão
e a resistência. Como resultado, a estabilidade dimensional e a resistência ao desgaste mecânico também melhoram. Ao mesmo tempo, o
coeficiente de expansão térmica
e a capacidade de penetração de líquidos e gases diminuem. Estas propriedades alargam a gama de aplicações dos polímeros semi-cristalinos.
O calor é libertado durante a cristalização. Esta entalpia de cristalização pode ser medida por
Cristalização
A transição do estado líquido para o estado sólido pode ocorrer de duas formas com os polímeros: Ou um polímero fundido solidifica ou precipita a partir de uma solução supersaturada. As macromoléculas perdem uma grande parte da sua energia cinética no processo, que é libertada para o ambiente sob a forma de calor.
Num intervalo de temperatura limitado, as cadeias moleculares em forma de bola podem “esticar-se”. Ao fazê-lo, organizam-se em estruturas paralelas, que são constituídas por
A formação da estrutura cristalina requer um ponto de partida, que é referido como um núcleo de cristalização. As mais pequenas quantidades de polímeros já cristalinos ou mesmo moléculas estranhas, como o quartzo, podem servir como tal núcleo. O cristal cresce à volta deste núcleo até encontrar outros cristais ou áreas de material amorfo solidificado. Ao adicionar núcleos de cristalização à fusão ou solução, o número e, por conseguinte, também o tamanho dos cristais podem ser influenciados.
As substâncias que são adequadas como núcleos de cristalização dependem do sistema de polímero individual e devem ser determinadas experimentalmente. O tempo necessário para o crescimento dos cristais e o intervalo de temperatura ótimo também são determinados por experiências. Os métodos de análise térmica são adequados para este fim.
Recristalização
A recristalização é a formação e reformação de cristais. Este processo ocorre involuntariamente quando a temperatura dos materiais cristalinos ou semi-cristalinos atinge um determinado valor ou quando os polímeros são deformados por forças mecânicas externas. Também está relacionado com o aumento ou diminuição da mobilidade das partículas. A recristalização pode ser utilizada de forma direcionada para obter as propriedades necessárias do material. Estão disponíveis vários processos para este fim.
Pós-cristalização devido ao estiramento
Este processo é utilizado na produção de fibras sintéticas, películas e corpos ocos. As fibras e películas sintéticas são produzidas por extrusão de polímeros aquecidos. O material é pressionado através de bicos ou aberturas semelhantes sob alta pressão e adquire a sua forma.
Em seguida, são aplicadas forças de tração, que fazem com que as cadeias moleculares se estiquem e se organizem em paralelo. Os corpos ocos (recipientes, garrafas) podem ser produzidos a partir de peças em bruto que são expandidas por uma sobrepressão no interior. As tensões de tração resultantes no material levam à formação de cristais.
Recristalização a partir da solução
As macromoléculas de um polímero estão distribuídas uniformemente numa solução. Se ocorrer uma supersaturação, ou seja, um aumento da concentração das macromoléculas na solução para além da solubilidade máxima à respectiva temperatura da solução, estas separam-se no estado sólido. No processo, elas se reorganizam e podem formar estruturas cristalinas.
Um pré-requisito para a cristalização é manter a temperatura óptima e o tempo necessário para o crescimento dos cristais. A recristalização pode ser apoiada e controlada pela adição de núcleos de condensação (“semeadura” da solução).
