Wat zijn extrusiekristallen in kunststoffen? 4 manieren om eenvoudig de kristalliniteit en kristallisatiekwaliteit van kunststoffen te beheersen!

De samenstelling van kunststoffen is een verzameling van vele lineaire, langwerpige polymeerverbindingen. De mate van kristallisatie (kristalliniteit) wordt gemeten aan de hand van de mate van regelmatige rangschikking van de moleculen, en kan worden bepaald door de reflectie van röntgenstralen. De structuur van organische verbindingen is complex, en de structuur van kunststoffen is nog complexer. De structuur van moleculaire ketens (lineair, bolvormig, gevouwen, spiraalvormig, enz.) varieert sterk, waardoor hun structuur ook sterk varieert afhankelijk van de vormingsomstandigheden.

Een kunststof met een hoge kristalliniteit is een kristallijne kunststof. De zwaartekracht tussen de moleculen werkt gemakkelijk op elkaar in, waardoor het een sterke kunststof is. Om te kristalliseren en de moleculen goed uit te lijnen, neemt het volume af en nemen de krimp en thermische uitzetting van de mal toe. Daarom geldt: hoe hoger de kristalliniteit, hoe minder transparant, maar hoe sterker de kunststof.

Kristallijne kunststoffen hebben een duidelijk smeltpunt (Tm), en in vaste toestand zijn de moleculen regelmatig gerangschikt, waardoor ze steeds sterker worden onder trekspanning. Bij het smelten verandert het volume sterk, en na uitharding krimpen ze gemakkelijker. De interne spanningen worden niet gemakkelijk opgeheven, het eindproduct is niet transparant, de warmteafvoer tijdens het vormen is traag, de krimp na productie in koude mallen is groter en na productie in warme mallen is kleiner.
In tegenstelling tot kristallijne kunststoffen bestaat er een ander type niet-kristallijne kunststof. Deze heeft geen duidelijk smeltpunt, de moleculen zijn onregelmatig gerangschikt in vaste toestand, het soortelijk volume verandert niet veel tijdens het smelten, het krimpt niet gemakkelijk na uitharding, het eindproduct is transparant, hoe hoger de temperatuur van het materiaal, hoe geler het wordt, en de warmte wordt snel afgevoerd tijdens het vormen.

De eigenschappen van kristallijne kunststoffen zijn als volgt:


1. Temperatuurregelingsmethode
a. Hoe lager het smeltpunt, hoe gunstiger de homogene vorming van kiemkernen, waardoor het kristalgroeipunt toeneemt. Dit kan de kristalliniteit verbeteren, maar ook de kristalgrootte verkleinen. Daarom is het in het specifieke verwerkingsproces, om de voorwaarde voor plastificatie te waarborgen, raadzaam om het smeltpunt iets lager te houden, wat de kristallisatie bevordert.
b. Koeltemperatuur De koeltemperatuur heeft de grootste invloed op de kristallisatiegraad en de kristallisatiekwaliteit en is de meest effectieve factor om de kristallisatie te beheersen. Langzame koeling zorgt ervoor dat het plastic langer in het kristallisatiegebied blijft, waardoor de kristallisatiegraad hoger wordt. Langzame koeling kan echter leiden tot de vorming van grove bolvormige kristallen, wat de taaiheid, stijfheid en hardheid negatief beïnvloedt. Snelle koeling zorgt er enerzijds voor dat het plastic snel door de kristallisatiezone stroomt, waardoor de kristallisatiegraad afneemt. Anderzijds zorgt de korte kristalgroeitijd ervoor dat de kristalgrootte fijner wordt, wat de transparantie en taaiheid ten goede komt. In de praktijk hangt de keuze tussen langzame en snelle koeling af van de productvereisten. Als een hoge transparantie van het product gewenst is, moet het snel afkoelen; als een hoge stijfheid en hardheid gewenst zijn, moet het langzaam afkoelen.

2. Controlemethode voor nucleatiemiddelen
Het kiemvormende middel wordt hoofdzakelijk toegevoegd om heterogene kiemvorming te bevorderen, het kristalgroeipunt te verhogen, de kristalliniteit te verbeteren en de kristaldeeltjes fijner te maken, om zo de slagvastheid, vloeigrens en glans te verbeteren.
Er zijn drie soorten kiemvormende stoffen: anorganische, organische en polymere:
a. Anorganische kiemvormende middelen: Anorganische kiemvormende middelen voor talk, waaronder: CaCO3, mica, anorganische pigmenten, enz. Deze kiemvormende middelen hebben invloed op de transparantie van kunststoffen en moeten daarom in de hoeveelheid in transparante producten worden beperkt.
b. Organische kiemvormende stoffen. Organische kiemvormende stoffen zijn onder andere: natrium, magnesium, aluminium, titanium en andere aromatische metaalcarboxylaten, organische fosfaten, sorbinezuur, enzymen, enz.
c. Organisch polymeerkiemvormend middel. Een organisch polymeerkiemvormend middel is geschikt voor polymeren met een hoog smeltpunt, zoals vinylcycloalkanen, die bijvoorbeeld alleen in PP voorkomen.
Het is belangrijk op te merken dat recent is ontdekt dat kiemvormende stoffen niet alleen de kristalgrootte nauwkeurig kunnen bepalen, maar ook het specifieke kristaltype kunnen vaststellen.

3. Rekcontrolemethode
Rekken vanplastic filmBij plaatmateriaal dat gekristalliseerd is, kunnen de kristallen afbreken en kleinere kristallen vormen, waardoor een reeks kristallen ontstaat in de rekrichting. Dit kan de taaiheid van het product verbeteren en de treksterkte, glans, hardheid, barrièrewerking en andere eigenschappen aanzienlijk verhogen. De rekmethode kan de kristallijne structuur van het plastic veranderen en de kristalliniteit ervan verbeteren.

4. Controlemethode voor warmtebehandeling
Enerzijds kan warmtebehandeling de kristallisatie verder bevorderen en de kristalliniteit verhogen; anderzijds kan het de kristallisatiekwaliteit verbeteren, waardoor de kristallisatiedefecten die door de overhaaste kristallisatie zijn ontstaan, volledig kunnen worden hersteld.
Warmtebehandeling kan ook leiden tot de kristallisatie van verschillende soorten materialen die onderling transformeren. Zo zullen PP-producten met een β-kristallijne structuur bij warmtebehandeling boven het smeltpunt volledig smelten, herkristalliseren en transformeren naar een α-kristallijne structuur. Het voorgestelde hexagonale kristal kan daarentegen bij warmtebehandeling boven 70 °C transformeren naar een α-kristallijne structuur.

Neem PA6 als voorbeeld. Na warmtebehandeling van de producten veranderen de verschillende eigenschappen ervan als volgt:
a. De treksterkte bij een warmtebehandelingstemperatuur van 120-180 ℃ en een verblijftijd van 10-120 min. De treksterkte neemt toe met een verhoging van de behandelingstemperatuur en de verblijftijd, waarbij de maximale verandering ongeveer 10% kan bedragen.
b. Slagvastheid bij een wachttijd van 4 uur, bij een behandelingstemperatuur van 120 ℃ tot 140 ℃, nam de slagvastheid met bijna 60% af. Boven de 140 °C daalde de slagvastheid echter geleidelijk. Bij een temperatuur van 180 °C daalde de slagvastheid ook met 60% toen de wachttijd werd verlengd van 10 minuten naar 30 minuten. Na een wachttijd van meer dan 30 minuten was de afname vlak.
c. De hardheid binnen een bepaald bereik neemt langzaam toe met de temperatuur van de warmtebehandeling en de verlenging van de verblijftijd, met een maximale toename van ongeveer 10%.
d. Kristallisatiebevorderende warmtebehandeling kan secundaire kristallisatie bevorderen en zo de kristalliniteit verbeteren. Bij een isolatietijd van 4 uur neemt de kristalliniteit toe naarmate de temperatuur van de warmtebehandeling stijgt; dit begint iets sneller en vertraagt ​​iets meer boven de 140 ℃. Bij een warmtebehandelingstemperatuur van 180 ℃ neemt de kristalliniteit in het begin gelijk toe naarmate de isolatietijd langer wordt; maar bij een isolatietijd van meer dan 120 minuten neemt de kristalliniteit snel toe.

Hoe bepaal je de kristalliniteit van kunststoffen?
Er zijn drie gangbare methoden: de dichtheidsmethode, de XRD-diffractiemethode en de DSC-methode.
De DSC-methode wordt het meest gebruikt en is het meest nauwkeurig, gevolgd door de XRD-methode. Deze laatste meet niet alleen de kristalliniteit, maar kan aan de hand van het spectrum ook het gehalte van elk kristaltype bepalen. De dichtheidsmethode heeft de grootste foutmarge en wordt over het algemeen alleen gebruikt om de relatieve kristalliniteit van dezelfde stof te vergelijken.
Naast deze drie methoden bestaat er ook nog een infraroodspectroscopiemethode, die gebaseerd is op een eenvoudige berekening met behulp van spectrogramsoftware en die zelden wordt gebruikt.