Glossar
Nachkristallisation (Kaltkristallisation)
Die Nachkristallisation von teilkristallinen Kunststoffen tritt vor allem bei erhöhter Temperatur und gesteigerter Molekülbeweglichkeit oberhalb des Glasübergangs auf. Sie kann jedoch auch bereits bei Raumtemperatur ablaufen, z.B. bei Kautschuken oder TPU.
Bei der Nachkristallisation handelt es sich um eine Veränderung der physikalischen Struktur, die zur Erhöhung des Kristallisationsgrades und der Lamellendicke sowie zur Vervollkommnung der Kristallstruktur führt. Bei der Nachkristallisation (Kaltkristallisation) wachsen an der Übergangszone zwischen den bestehenden kristallinen Strukturen und den amorphen Bereichen neue geordnete Strukturen (Kristallite) an. Diese neugebildeten Kristalle können sich von den bereits vorhandenen durch eine niedrigere Schmelztemperaturen und SchmelzenthalpienDie Schmelzenthalpie einer Substanz, auch bekannt als latente Wärme, stellt ein Maß der Energiezufuhr dar, typischerweise Wärme, welche notwendig ist, um eine Substanz vom festen in den flüssigen Zustand zu überführen. Der Schmelzpunkt einer Substanz ist die Temperatur, bei der die Substanz von einem festen (kristallinen) in den flüssigen Zustand (isotrope Schmelze) übergeht.Schmelztemperatur unterscheiden (siehe Abb.1).
Durch die Bildung einer dichteren Packung der Moleküle kann es zur Schwindung bzw. zum Verzug mit Rissbildung kommen.
Die Nachkristallisation stellt im Sinne der DIN 50035 einen Physikalische Alterungsvorgang dar.
Physikalische Alterungsvorgänge sind immer Folge von thermodynamisch instabilen Zuständen (Eigenspannungen, Orientierungen, unvollkommene Kristallstruktur), die aus den verarbeitungsbedingten Abkühlbedingungen bei der Herstellung entstehen.
Die Kunststoffe erstarren hierbei in einer unterkühlten Schmelze, so dass keine Gleichgewichtsstruktur resultiert.
Durch Temperatureinwirkung werden die physikalischen Alterungsvorgänge beschleunigt.
Applikationsbeispiele
Beispiel zur Nachkristallistation
Diese Aufheizkurve zeigt Glasübergang, Nachkristallisation und Schmelzen von PET (Polyethylenterephthalat).
Instrument: DSC 214 Polyma
Testbedingungen:
- Temperaturbereich 0 °C…290 °C unter Stickstoff 40 ml, 60 ml (P2, Protective)
- Heiz-/Kühlraten 10 K/min
- Einwaage 12 mg in gelochten Concavus®®-Tiegel
Beispiel zur Nachkristallistation und Schmelzen eines Vulkangesteins
Natürliche Materialien wie Gesteine sind hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung schwer zu analysieren. Solche Materialien sind in der Regel ein Gemisch aus verschiedenen Oxiden, Sulfaten oder Carbonaten. Vulkangestein ist in der Regel aus geschmolzenem Magma erstarrt und enthält hauptsächlich verschiedene Oxide.
Dieses Beispiel Abb. 3 zeigt ein DSC-Messergebnis einer DSC 404 F1 für ein solches Material. Man sieht deutlich, dass es sich fast vollständig amorph verfestigt hat.
Der Glasübergang lag zwischen 623 °C und 655 °C.
Nachkristallisation und Schmelzen wurden bei 884 °C und 1111 °C (Spitzentemperatur) nachgewiesen. Die bei der KristallisationAls Kristallisation bezeichnet man den physikalischen Vorgang der Verhärtung bei der Bildung und beim Wachstum von Kristallen. Bei diesem Prozess wird Kristallisationswärme frei.Kristallisation freigesetzte Wärme war vergleichbar mit der Schmelzwärme, was auf die hohe Amorphizität dieser Mischung hinweist.
Testbedingungen:
- Temperaturbereich RT°C…1250 °C unter Stickstoff
- Heizrate 10 K/min
