在聚酯加工成制品中,它的性能在很大程度上取決于聚酯的結晶情況。為了使制品具有所需的性能,聚酯的結晶過程必須加以控制,因而了解聚酯的結晶原理及過程在工藝上非常重要。一、 聚酯的晶態(tài)結構(一)結晶形態(tài) 聚酯是結晶性聚合物,在成型過程中會出現(xiàn)結晶現(xiàn)象,如在熔體冷卻結晶時,最常見的是生成球晶,在高應力作用下也會形成纖維狀或片狀晶體,隨結晶條件不同,聚酯可以形成形態(tài)極不相同的晶體。 球晶:球晶是聚合物多晶體的一種主要形式。就結構層次來講,它屬于高次結構。它可以從濃溶液中沉析出來,也可以在熔體冷卻時得到。當它的生長不受阻礙時,其外形呈球狀,但當球晶密集地生長在一起時,就得到多面體的外形。因此必須注意,球晶的基本特點在于它是以核為起點,球形對稱地生長起來的,而不在于其外形是否呈球狀。球晶的大小可因聚合物種類和結晶條件的不同,有很大的差別。小的只有10-3μm的數(shù)量級,大的可達mm的數(shù)量級。(二)結晶結構 聚酯結晶是以完全伸直的平面鋸齒形結構堆砌在一起,聚酯的晶型為三斜體,用Χ射線衍射儀測定出聚酯的晶胞參數(shù)為a=46.5mm,b=59.4mm,c=107.5mm,α=98.5°,β=118°,γ=112°。(三)結晶度 在一些固態(tài)物質中,組成這些物質的原子、離子或分子,由于彼此間的相互作用,使它們在空間規(guī)則地、周期地按一定的方式—點陣結構排列起來,形成三維有序的結構。在低分子物中,稱這類物質為晶體(如食鹽)。在聚合物中,情況就比較復雜一些。聚合物的長鏈分子在分子間力的作用下,部分區(qū)段中的原子或原子團也能取一定的點陣結構在空間規(guī)則地排列起來,形成結晶區(qū)。而另外一些區(qū)段,又常常未能取得應有的規(guī)則排列,這部分叫做非晶區(qū)(無定形區(qū))。根據(jù)在結晶聚合物中同時存在晶區(qū)和非晶區(qū)的特點,人們提出了“結晶度”這一指標來度量結晶部分的含量。 結晶度表示樣品中結晶部分的質量百分數(shù)或體積百分數(shù)。由于部分結晶聚合物中,晶區(qū)和非晶區(qū)的界限不明確,無法準確測定結晶部分的量。因此,結晶度的概念缺乏明確的物理意義,其數(shù)值隨測定方法不同而不同。常用的結晶度測定方法有密度法、Χ射線衍射法、紅外光譜法等,不同方法測定的結果相差很大,無可性比。二 、 結晶速度(一)結晶過程 聚合物的結晶過程包括晶核的形成和晶粒的生長兩個過程,因而結晶總速度應是由成核速度和晶粒生長速度共同決定的。由于結晶過程是一個熱力學平衡過程,要達到結晶完全需很長時間,但是在發(fā)生體積變化1/2的前后,體積變化率很大,因此用結晶過程進行到一半所需時間的倒數(shù)作為結晶總速度(也稱半值期),用這一時間的倒數(shù)不但能很好地反映出結晶的快慢,而且在估計這一時間數(shù)值時誤差也較小。(二)結晶速度測定方法 常用方法有膨脹計法、偏光顯微鏡、小角激光散射法。 PET的結晶速度為62.5(t1/2/s)。(三)結晶條件 分子鏈的結構:鏈的結構愈簡單、對稱性愈高其結晶速度就愈大;鏈的規(guī)整性愈高其結晶能力愈強。 相對分子質量及相對分子質量分布:相對分子質量增大,鏈活動能力降低,導致結晶速度下降,所以相對分子質量愈大其結晶速度就愈慢;相對分子質量分布寬,低相對分子質量的含量則多,使結晶速度加快,所以相對分子質量分布寬結晶速度就愈快。 聚合物中雜質的存在對其結晶過程有很大的影響,有些雜質要阻礙結晶,而另一些雜質能促進結晶。 溫度:溫度對結晶速度的影響非常大。聚合物均相成核階段是熱運動形成有序排列的,如果如果太高(>熔點Tm),分子的熱運動太劇烈,晶核不易形成,或雖形成晶核但不穩(wěn)定,易被分子的熱運動破壞,因而總的結晶速度為零;隨溫度降低,均相成核的速度逐漸增大,晶核數(shù)目相應增多,由于溫度高,鏈段活動能力強,晶粒生長速度快,因而總的結晶速度增大。當溫度降至某一溫度時,晶核形成和晶粒生長都有較大速度,此時總的結晶速度出現(xiàn)極大值。溫度進一步下降,熔體粘度增大,鏈段活動能力降低,晶粒生長速度明顯減小,導致總結晶速度下降,下降程度決定于晶粒生長速度,當溫度繼續(xù)下降至玻璃化溫度(Tg)時,鏈段補凍結,晶粒生長速度為零,結晶停止。因而均相成核結晶過程是在Tm ~Tg范圍進行的。 聚合物的結晶速度達到最大值的溫度(Tcmax)與其熔點之間的對應關系: 經(jīng)驗規(guī)律—Tcmax≈0.85Tm。(四)結晶對聚合物物性的影響 物性結晶非結晶比重較高較低拉伸強度較高較低拉伸模數(shù)較高較低延展性或伸長率較低較高耐沖擊性較低較高最高使用溫度較高較低收縮率及翹曲較高較低流動性(MI)較高較低耐化學性較高較低耐磨耗性較高較低抗?jié)撟冃?Creep)較高較低硬度較高較低透明性較低較高尺寸安定性較差較佳著色性較難較易耐熱性較高較低摺動性較佳較差耐氣體滲透性較高較低
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