Słowniczek
Krystaliczność / Stopień krystaliczności
Krystaliczność odnosi się do stopnia uporządkowania strukturalnego ciała stałego. W krysztale układ atomów lub cząsteczek jest spójny i powtarzalny. Wiele materiałów, takich jak ceramika szklana i niektóre polimery, można przygotować w taki sposób, aby uzyskać mieszaninę obszarów krystalicznych i amorficznych.
Jednak nawet w przypadku całkowicie krystalicznych materiałów, stopień doskonałości strukturalnej może się różnić.
Na przykład, większość stopów metali jest krystaliczna, ale zwykle składa się z wielu niezależnych obszarów krystalicznych (ziaren lub krystalitów).
W różnych orientacjach oddzielonych granicami ziaren, zawierają one również inne defekty krystalograficzne, takie jak dyslokacje. Zmniejsza to stopień doskonałości strukturalnej.
Najdoskonalszymi kryształami są cegiełki krzemu produkowane dla elektroniki półprzewodnikowej, które są large monokryształami (tj. nie mają granic ziaren); są one prawie wolne od dyslokacji i mają precyzyjnie kontrolowane stężenia wadliwych atomów.
Krystalizację polimerów można zaobserwować w niektórych tworzywach termoplastycznych. Gdy stopiony materiał krzepnie, następuje częściowe wyrównanie łańcuchów molekularnych w polimerze. W oparciu o jądra krystalizacji, łańcuchy molekularne składają się razem i tworzą uporządkowane obszary zwane lamelami.
Odpowiednie produkty do pomiarów
Stopień krystaliczności
Na właściwości tworzyw sztucznych istotny wpływ ma stopień ich krystalizacji. Im wyższy stopień krystalizacji, tym sztywniejsza i mocniejsza, ale także bardziej krucha jest formowana część.
Na stopień krystalizacji ma wpływ struktura chemiczna i historia termiczna, taka jak warunki chłodzenia podczas przetwarzania lub obróbki po obróbce termicznej.
W celu określenia stopnia krystalizacji, K, zmierzona entalpia topnienia ∆Hmeas jest ustalana w odniesieniu do wartości literaturowej ∆Hlit dla całkowicie krystalicznego materiału.
K= ∆Hmeas / ∆Hlit
Historia termiczna: Historia termiczna lub mechaniczna jest pokazana na pierwszej krzywej grzania pomiaru DSC. Druga krzywa grzania służy do określenia właściwości materiału w danych warunkach dynamicznych.
Stopień krystaliczności ma znaczący wpływ na twardość, gęstość, przezroczystość i dyfuzję.
Jednak właściwości nie są określane tylko przez stopień krystaliczności, ale także przez rozmiar jednostek strukturalnych lub orientację molekularną.
Oznaczanie stopnia krystaliczności polimerów
Zachowanie podczas topnienia polietylenu o niskiej gęstości (LDPE), polietylenu o wysokiej gęstości (HDPE) i polipropylenu (PP) przedstawiono na rysunku 1.
Temperatury szczytowe pomagają w identyfikacji polimerów i mieszanin polimerów.
Obszary pików reprezentują entalpie topnienia.
Na podstawie tych wartości z eksperymentu można określić stopień krystaliczności za pomocą standardowego oprogramowania do oceny Proteus® oprogramowania.
Entalpia topnienia dla 100% krystalicznego PE wynosi 293 J/g i 207 J/g dla PP. Daje to obliczoną krystaliczność dla LDPE wynoszącą 46,5%, dla HDPE wynoszącą 74,2% i dla PP wynoszącą 48,8%.
Określanie stopnia krystaliczności podczas krystalizacji wtórnej
Obliczenie stopnia krystaliczności, K, PET przedstawiono na rysunku 2 poniżej.
W tym momencie obszar entalpii stopu, ∆hm, tutaj 42,83 J/g, jest odejmowany od obszaru entalpii postkrystalizacji, ∆hc, tutaj 40,29 J/g, i dzielony przez wartość literaturową 140 J/g.
Daje to stopień krystalizacji, K, wynoszący 1,8% dla PET.
