Кристалличность относится к степени структурного порядка в твердом теле. В кристалле расположение атомов или молекул является последовательным и повторяющимся. Многие материалы, такие как стеклокерамика и некоторые полимеры, могут быть получены таким образом, чтобы была смесь кристаллических и аморфных областей.
Однако даже для полностью кристаллических материалов степень структурного порядка может варьироваться.
Например, большинство металлических сплавов являются кристаллическими, но обычно содержат много независимых кристаллических областей (зерен или кристаллитов).
В различных направлениях, разделенных границами зерен, они также содержат другие кристаллографические дефекты, такие как дислокации. Это снижает степень структурного порядка.
Наиболее близкими к идеальным кристаллам являются кремниевые були, изготовленные для полупроводниковой электроники, которые представляют собой крупные монокристаллы (т. е. они не имеют границ зерен); они почти свободны от дислокаций и имеют точно контролируемые концентрации атомов дефектов.
В некоторых термопластах наблюдается кристаллизация полимеров. Когда расплав затвердевает, происходит частичное выравнивание молекулярных цепей в полимере. Основываясь на ядрах кристаллизации, молекулярные цепи складываются вместе и образуют упорядоченные области, называемые ламелями.
Степень кристалличности
На свойства пластиков существенное влияние оказывает степень их кристаллизации. Чем выше степень кристаллизации, тем жестче и прочнее, но, в тоже время, хрупче формованная деталь.
Степень кристаллизации зависит от химической структуры и термической истории, таких как условия охлаждения во время обработки или после термической обработки.
Для определения степени кристалличности (K) измеренную энтальпию плавления ∆Hизмер нужно поделить на известное литературное значение ∆Hлит для полностью кристаллического материала.
K= ∆Hизмер / ∆Hлит
Тепловая история: тепловая или механическая история показана на 1-й кривой нагрева ДСК измерения. 2-я кривая нагрева служит для определения свойств материала в заданных динамических условиях.
Степень кристалличности оказывает значительное влияние на твердость, плотность, прозрачность и диффузию.
Однако свойства полимеров определяются не только степенью кристалличности, но и размером структурных единиц или ориентацией молекул.
Определение степени кристалличности полимеров
На рис.1 показано поведение при плавлении полиэтилена низкой плотности (LDPE), полиэтилена высокой плотности (HDPE) и полипропилена (PP).
Пиковые температуры помогают идентифицировать полимеры и полимерные смеси.
Области пиков представляют собой энтальпии плавления.
Исходя из этих данных эксперимента, степень кристалличности может быть определена с помощью стандартного программного обеспечения Proteus.
Энтальпия плавления для 100% кристаллического полиэтилена составляет 293 Дж/г, а для PP – 207 Дж/г. Это дает расчетную кристалличность для LDPE 46,5%, для HDPE 74,2% и для PP 48,8%.
Определение степени кристалличности при посткристаллизации
Расчет степени кристалличности (К) ПЭТ показан на рисунке 2 ниже.
В этот момент площадь энтальпии расплава, ∆Нm, здесь 42,83 Дж/г, вычитается из площади энтальпии посткристаллизации, ∆Нc, здесь 40,29 Дж/г, и делится на литературное значение 140 Дж/г.
Это приводит к степени кристалличности K, равной 1,8% для ПЭТ.
