İçindekiler
Katıların özellikleri büyük ölçüde maddeleri oluşturan parçacıkların (atomlar ve moleküller) düzenine bağlıdır. Düzenleme rastgele ise, maddeler amorftur. Kristal maddelerde, parçacıklar düzenli aralıklarla ve sabit bir düzende dizilir.
Çapraz bağlı polimerler (duromerler, termoset elastomerler) her zaman amorf bir yapıya sahipken, termoplastik polimerlerde kristaller oluşabilir. Çoğu durumda, kristal yapıya sahip alanlar ile amorf yapıya sahip alanlar yan yana oluşur. Bu da yarı-kristal plastiklerin oluşmasına neden olur.
Kristalleşmenin derecesi plastiklerin katılaştığı koşullara bağlıdır. Katılaşma sırasındaki sıcaklık ve sıcaklık değişiminin hızı belirleyici bir etkiye sahiptir.
Kristalleşme derecesinin bir fonksiyonu olarak malzeme özellikleri
Plastikteki kristalleşme, yoğunluğunu ve cam sıcaklığını artırır cam sıcaklığıve erime sıcaklığı ve mukavemet kazandırır. Sonuç olarak, boyutsal stabilite ve mekanik aşınmaya karşı direnç de artar. Aynı zamanda termal genleşme katsayısı ve sıvıların ve gazların nüfuz etme kapasitesi azalır. Bu özellikler yarı kristal polimerlerin uygulama alanını genişletir.
Kristalleşme sırasında ısı açığa çıkar. Bu kristalleşme entalpisi şu şekilde ölçülebilir diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ve bilinen değerlerle karşılaştırılmıştır. Ölçülen kristalleşme entalpisi ve termal analiz sırasında elde edilen diğer veriler polimerlerin üretim ve kalite kontrolünün optimizasyonu.
Kristalleşme
Sıvı halden katı hale geçiş polimerlerde iki şekilde gerçekleşebilir: Ya erimiş bir polimer katılaşır ya da aşırı doymuş bir çözeltiden çökelir. Makromoleküller bu süreçte kinetik enerjilerinin büyük bir kısmını kaybeder ve bu da ısı olarak çevreye yayılır.
Sınırlı bir sıcaklık aralığında, top şeklindeki moleküler zincirler “uzayabilir”. Bunu yaparken, kendilerini
Kristal yapının oluşumu, kristalleşme çekirdeği olarak adlandırılan bir başlangıç noktası gerektirir. Halihazırda kristalleşmiş polimerlerin en küçük miktarları veya kuvars gibi yabancı moleküller bile böyle bir çekirdek görevi görebilir. Kristal, diğer kristallerle veya şekilsiz katılaşmış malzeme alanlarıyla karşılaşana kadar bu çekirdeğin etrafında büyür. Eriyik veya çözeltiye kristalleşme çekirdekleri eklenerek kristallerin sayısı ve dolayısıyla boyutu da etkilenebilir.
Hangi maddelerin kristalleşme çekirdeği olarak uygun olduğu polimer sistemine göre değişir ve deneysel olarak belirlenmelidir. Kristal büyümesi için gereken süre ve optimum sıcaklık aralığı da deneylerle belirlenir. Termal analiz yöntemleri bu amaç için uygundur.
Yeniden kristalleştirme
Yeniden kristalleşme, kristallerin oluşumu ve yeniden biçimlenmesidir. Bu süreç, kristal veya yarı kristal malzemelerin sıcaklığı belirli bir değere ulaştığında veya polimerler dış mekanik kuvvetler tarafından deforme edildiğinde istemsiz olarak gerçekleşir. Ayrıca partiküllerin hareketliliğindeki artış veya azalışla da ilgilidir. Yeniden kristalleştirme, gerekli malzeme özelliklerini ortaya çıkarmak için hedeflenen bir şekilde kullanılabilir. Bu amaç için çeşitli prosesler mevcuttur.
Gerilmeye bağlı kristalleşme sonrası
Bu proses sentetik elyaf, film ve içi boş gövdelerin üretiminde kullanılır. Sentetik elyaflar ve filmler, ısıtılmış polimerlerin ekstrüzyonu ile üretilir. Malzeme yüksek basınç altında nozullardan veya benzer açıklıklardan preslenir ve şeklini alır.
Daha sonra moleküler zincirlerin gerilmesine ve paralel olarak düzenlenmesine neden olan çekme kuvvetleri uygulanır. İçi boş gövdeler (teneke kutular, şişeler), iç kısımdaki aşırı basınçla genişletilen boşluklardan üretilebilir. Sonuç olarak malzemede ortaya çıkan çekme gerilmeleri kristal oluşumuna yol açar.
Çözeltiden yeniden kristalleştirme
Bir polimerin makromolekülleri bir çözelti içinde eşit olarak dağılır. Eğer aşırı doygunluk, yani çözeltideki makromoleküllerin konsantrasyonunda çözeltinin ilgili sıcaklığındaki maksimum çözünürlüğün üzerine bir artış meydana gelirse, katı halde ayrılırlar. Bu süreçte kendilerini yeniden düzenlerler ve kristal yapılar oluşturabilirler.
Kristalleşme için bir ön koşul, optimum sıcaklığı ve kristal büyümesi için gereken süreyi korumaktır. Yeniden kristalleşme, yoğunlaşma çekirdekleri eklenerek (“çözeltiyi tohumlayarak”) desteklenebilir ve kontrol edilebilir.
