Cristalinidade / Grau de Cristalinidade

A cristalinidade se refere ao grau de ordem estrutural de um sólido. Em um cristal, o arranjo de átomos ou moléculas é consistente e repetitivo. Muitos materiais, como cerâmica de vidro e alguns polímeros, podem ser preparados de forma a produzir uma mistura de regiões cristalinas e amorfas.  

No entanto, mesmo para materiais completamente cristalinos, o grau de perfeição estrutural pode variar.  

Por exemplo, a maioria das ligas metálicas são cristalinas, mas geralmente compreendem muitas regiões cristalinas independentes (grãos ou cristalitos).  

Em várias orientações separadas por limites de grãos, eles também contêm outros defeitos cristalográficos, como deslocamentos.  

Isso reduz o grau de perfeição estrutural. Os cristais mais altamente perfeitos são boules de silício produzidos para eletrônicos de semicondutores que são grandes cristais únicos (ou seja, eles não têm limites de grão); estes são quase livres de deslocamentos e têm concentrações precisamente controladas de átomos defeituosos.  

A cristalização de polímeros pode ser observada em alguns termoplásticos. Quando o fundido solidifica, ocorre o alinhamento parcial das cadeias moleculares no polímero. Com base nos núcleos de cristalização, as cadeias moleculares se dobram e formam regiões ordenadas chamadas lamelas. 

Grau de Cristalinidade

As propriedades dos plásticos são significativamente influenciadas por seu grau de cristalização.  

Quanto maior o grau de cristalização, mais rígida e forte, mas também mais quebradiça, é a peça moldada. O grau de cristalização é influenciado pela estrutura química e histórico térmico, como as condições de resfriamento durante o processamento ou pós-tratamento térmico. Para a determinação do grau de cristalização, K, a entalpia de fusão medida ∆Hmeas é definida em relação ao valor da literatura ∆Hlit para material totalmente cristalino.  

K = ∆Hmeas / ∆Hlit  

Histórico térmico: O histórico térmico ou mecânico é mostrado na 1ª curva de aquecimento de uma medição DSC.  

A segunda curva de aquecimento serve para a determinação das propriedades do material sob determinadas condições dinâmicas.  

O grau de cristalinidade tem uma influência significativa na dureza, densidade, transparência e difusão.  

No entanto, as propriedades não são determinadas apenas pelo grau de cristalinidade, mas também pelo tamanho das unidades estruturais ou pela orientação molecular.  

Exemplos de Aplicação

Determinação do grau de Cristalinidade de Polímeros

O comportamento de fusão do polietileno de baixa densidade (LDPE), polietileno de alta densidade (HDPE) e polipropileno (PP) é representado na figura 1.  

As temperaturas de pico ajudam na identificação de polímeros e misturas de polímeros.  

As áreas de pico representam as entalpias de fusão.  

Com base nesses valores do experimento, o grau de cristalinidade pode ser determinado por meio do software de avaliação Proteus padrão.  

A entalpia de fusão para o PE 100% cristalino é de 293 J / ge é de 207 J / g para o PP. Isso produz uma cristalinidade calculada para LDPE de 46,5%, para HDPE de 74,2% e para PP de 48,8%.

Determinação do grau de cristalização para diferentes polímeros entre RT e 200°C a uma taxa de aquecimento de 10 K / min em uma atmosfera de nitrogênio (40ml/min); as medidas foram realizadas com o DSC 204 F1 Phoenix®, utilizando cadinhos de alumínio com tampas perfuradasDeterminação do grau de cristalização para diferentes polímeros entre RT e 200°C a uma taxa de aquecimento de 10 K / min em uma atmosfera de nitrogênio (40ml/min); as medidas foram realizadas com o DSC 204 F1 Phoenix®, utilizando cadinhos de alumínio com tampas perfuradas

Determinação do Grau de Cristalinidade Durante a Pós-Cristalização

O cálculo do grau de cristalinidade, K, do PET é ilustrado na figura 2 abaixo. 

Neste ponto, a área de entalpia da fusão, ∆hm, aqui 42,83 J / g, é subtraída da área de entalpia da pós-cristalização, ∆hc, aqui 40,29 J / g, e dividida pelo valor da literatura de 140 J / g.  

Isso resulta em um grau de cristalização, K, de 1,8% para o PET. 

Application Note

Fig.2 : Cálculo do grau de Cristalização, K, durante a pós-cristalização do PET ne faixa de temperatura entre tpt ambiente a 300°C. A amostra foi aquecida a uma taxa de aquecimento de 10 k/min em cadinho de alumínio selado, e com tampa perfurada.

Métodos Relacionados

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