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(jié)晶情況。為了使制品具有所需的性能,聚酯的結(jié)晶過程必須加以控制,因而了解聚酯的結(jié)晶原理及過程在工藝上非常重要。一、 聚酯的晶態(tài)結(jié)構(gòu)(一)結(jié)晶形態(tài) 聚酯是結(jié)晶性聚合物,在成型過程中會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象,如在熔體冷卻結(jié)晶時(shí),最常見的是生成球晶,在高應(yīng)力作用下也會(huì)形成纖維狀或片狀晶體,隨結(jié)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(jié)構(gòu)層次來講,它屬于高次結(jié)構(gòu)。它可以從濃溶液中沉析出來,也可以在熔體冷卻時(shí)得到。當(dāng)它的生長不受阻礙時(shí),其外形呈球狀,但當(dāng)球晶密集地生長在一起時(shí),就得到多面體的外形。因此必須注意,球晶的基本特點(diǎn)在于它是以核為起點(diǎn),球形對(duì)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(jié)晶條件的不同,有很大的差別。小的只有10-3μm的數(shù)量級(jí),大的可達(dá)mm的數(shù)量級(jí)。(二)結(jié)晶結(jié)構(gòu) 聚酯結(jié)晶是以完全伸直的平面鋸齒形結(jié)構(gòu)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(jié)晶度 在一些固態(tài)物質(zhì)中,組成這些物質(zhì)的原子、離子或分子,由于彼此間的相互作用,使它們?cè)诳臻g規(guī)則地、周期地按一定的方式—點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)排列起來,形成三維有序的結(jié)構(gòu)。在低分子物中,稱這類物質(zhì)為晶體(如食鹽)。在聚合物中,情況就比較復(fù)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(tuán)也能取一定的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在空間規(guī)則地排列起來,形成結(jié)晶區(qū)。而另外一些區(qū)段,又常常未能取得應(yīng)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(jié)晶聚合物中同時(shí)存在晶區(qū)和非晶區(qū)的特點(diǎn),人們提出了“結(jié)晶度”這一指標(biāo)來度量結(jié)晶部分的含量。 結(jié)晶度表示樣品中結(jié)晶部分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)或體積百分?jǐn)?shù)。由于部分結(jié)晶聚合物中,晶區(qū)和非晶區(qū)的界限不明確,無法準(zhǔn)確測定結(jié)晶部分的量。因此,結(jié)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(jié)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(jié)果相差很大,無可性比。二 、 結(jié)晶速度(一)結(jié)晶過程 聚合物的結(jié)晶過程包括晶核的形成和晶粒的生長兩個(gè)過程,因而結(jié)晶總速度應(yīng)是由成核速度和晶粒生長速度共同決定的。由于結(jié)晶過程是一個(gè)熱力學(xué)平衡過程,要達(dá)到結(jié)晶完全需很長時(shí)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(jié)晶過程進(jìn)行到一半所需時(shí)間的倒數(shù)作為結(jié)晶總速度(也稱半值期),用這一時(shí)間的倒數(shù)不但能很好地反映出結(jié)晶的快慢,而且在估計(jì)這一時(shí)間數(shù)值時(shí)誤差也較小。(二)結(jié)晶速度測定方法 常用方法有膨脹計(jì)法、偏光顯微鏡、小角激光散射法。 PET的結(jié)晶速度為62.5(t1/2/s)。(三)結(jié)晶條件 分子鏈的結(jié)構(gòu):鏈的結(jié)構(gòu)愈簡單、對(duì)稱性愈高其結(jié)晶速度就愈大;鏈的規(guī)整性愈高其結(jié)晶能力愈強(qiáng)。 相對(duì)分子質(zhì)量及相對(duì)分子質(zhì)量分布:相對(duì)分子質(zhì)量增大,鏈活動(dòng)能力降低,導(dǎo)致結(jié)晶速度下降,所以相對(duì)分子質(zhì)量愈大其結(jié)晶速度就愈慢;相對(duì)分子質(zhì)量分布寬,低相對(duì)分子質(zhì)量的含量則多,使結(jié)晶速度加快,所以相對(duì)分子質(zhì)量分布寬結(jié)晶速度就愈快。 聚合物中雜質(zhì)的存在對(duì)其結(jié)晶過程有很大的影響,有些雜質(zhì)要阻礙結(jié)晶,而另一些雜質(zhì)能促進(jìn)結(jié)晶。 溫度:溫度對(duì)結(jié)晶速度的影響非常大。聚合物均相成核階段是熱運(yùn)動(dòng)形成有序排列的,如果如果太高(>熔點(diǎn)Tm),分子的熱運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)破壞,因而總的結(jié)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(yīng)增多,由于溫度高,鏈段活動(dòng)能力強(qiáng),晶粒生長速度快,因而總的結(jié)晶速度增大。當(dāng)溫度降至某一溫度時(shí),晶核形成和晶粒生長都有較大速度,此時(shí)總的結(jié)晶速度出現(xiàn)極大值。溫度進(jìn)一步下降,熔體粘度增大,鏈段活動(dòng)能力降低,晶粒生長速度明顯減小,導(dǎo)致總結(jié)晶速度下降,下降程度決定于晶粒生長速度,當(dāng)溫度繼續(xù)下降至玻璃化溫度(Tg)時(shí),鏈段補(bǔ)凍結(jié),晶粒生長速度為零,結(jié)晶停止。因而均相成核結(jié)晶過程是在Tm ~Tg范圍進(jìn)行的。 聚合物的結(jié)晶速度達(dá)到最大值的溫度(Tcmax)與其熔點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系: 經(jīng)驗(yàn)規(guī)律—Tcmax≈0.85Tm。(四)結(jié)晶對(duì)聚合物物性的影響 物性結(jié)晶非結(jié)晶比重較高較低拉伸強(qiáng)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(dòng)性(MI)較高較低耐化學(xué)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(dòng)性較佳較差耐氣體滲透性較高較低
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