Plastik ekstrüzyon kristalleri nedir? Plastiklerin kristalliğini ve kristalleşme kalitesini kolayca kontrol etmenizi sağlayacak 4 yöntem!

Plastiklerin bileşimi, birçok doğrusal, uzun polimer bileşiğinin bir araya gelmesinden oluşur. Kristalleşme derecesi (kristallik), moleküllerin düzenli dizilim derecesiyle ölçülür ve kristalleşme derecesi X ışınlarının yansımasıyla ölçülebilir. Organik bileşiklerin yapısı karmaşıktır ve plastiklerin yapısı daha da karmaşıktır; moleküler zincirlerin yapısı (doğrusal, şişkin, katlanmış, spiral vb.) çok çeşitlidir, bu nedenle yapıları da şekillendirme koşullarına bağlı olarak büyük ölçüde değişir.

Yüksek kristalliğe sahip bir plastik, kristal yapılı bir plastiktir ve moleküller arasındaki yerçekimi kuvvetleri kolayca etkileşime girerek onu güçlü bir plastik yapar. Kristalleşme ve düzgün hizalanma için hacim küçülür ve kalıbın büzülmesi ve termal genleşmesi artar. Bu nedenle, kristalleşme ne kadar yüksekse, o kadar az şeffaf olur, ancak o kadar güçlü olur.

Kristal yapılı plastiklerin belirgin bir erime noktası (Tm) vardır ve katı haldeyken moleküller düzenli bir şekilde dizilmiştir, bu da gerilme dayanımını giderek artırır. Eridiğinde hacim büyük ölçüde değişir ve kürlendikten sonra daha kolay büzülür, iç gerilim kolayca serbest bırakılmaz, nihai ürün şeffaf olmaz, şekillendirme sırasında ısı dağılımı yavaş olur, soğuk kalıplama sonrası büzülme daha büyük, sıcak kalıplama sonrası büzülme ise daha küçüktür.
Kristal yapılı plastiklerin aksine, belirgin bir erime noktası olmayan, katı haldeyken molekülleri düzensiz bir şekilde dizilmiş, erime sırasında özgül hacmi fazla değişmeyen, kürlendikten sonra kolayca büzülmeyen, nihai ürünü şeffaf olan, malzemenin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa o kadar sarımsı olan ve kalıplama sırasında ısıyı hızla dağıtan başka bir kristal yapılı olmayan plastik türü de vardır.

Kristal plastiklerin özellikleri aşağıdaki gibidir:


1. Sıcaklık kontrol yöntemi
a. Erime sıcaklığı ne kadar düşük olursa, homojen çekirdeklenme oluşumu o kadar elverişli olur, kristal büyüme noktası yükselir, bu da kristalliği artırabilir, ancak aynı zamanda kristal boyutunun küçülmesine de neden olabilir. Bu nedenle, plastikleştirme ön koşulunu sağlamak için belirli işleme süreçlerinde erime sıcaklığı biraz daha düşük tutulur, bu da kristalleşme için faydalıdır.
b. Soğutma sıcaklığı, kristalleşme derecesi ve kristalleşme kalitesi üzerinde en büyük etkiye sahiptir ve kristalleşmeyi kontrol etmenin en etkili yoludur. Yavaş soğutma, plastiğin kristalleşme bölgesinde daha uzun süre kalmasını sağlayarak kristalleşme derecesini yükseltir; ancak yavaş soğutma, iri taneli kristallerin oluşmasına neden olabilir ve bu da tokluk ve sertlik açısından olumsuz sonuçlar doğurur. Hızlı soğutma ise bir yandan plastiğin kristalleşme bölgesinden hızla geçmesini sağlayarak kristalleşme derecesini düşürür; diğer yandan, kısa kristal büyüme süresi nedeniyle kristalleşme boyutunu daha ince hale getirerek şeffaflık ve tokluğun iyileştirilmesine katkıda bulunur. Uygulamada, yavaş veya hızlı soğutmanın tercih edilmesi, ürünün performans ihtiyaçlarına bağlıdır. Ürünün şeffaflığı yüksekse, hızlı soğutma gerekir; ürünün sertliği ve dayanıklılığı yüksekse, yavaş soğutma gerekir.

2. Çekirdeklenme ajanı kontrol yöntemi
Çekirdeklenme ajanı esas olarak heterojen çekirdeklenmeyi teşvik etmek, kristal büyüme noktasını artırmak, kristalliği artırmak ve kristal parçacıklarını daha ince hale getirmek amacıyla eklenir; böylece darbe dayanımı, akma dayanımı ve parlaklık iyileştirilir.
Çekirdeklenme ajanlarının üç türü vardır: inorganik, organik ve polimerik:
a. İnorganik çekirdeklenme ajanı: Talka eklenen inorganik çekirdeklenme ajanları arasında CaCO3, mika, inorganik pigmentler vb. bulunur. Bu çekirdeklenme ajanları plastiklerin şeffaflığını etkiler ve bu nedenle şeffaf ürünlerdeki miktarları sınırlandırılmalıdır.
b. Organik çekirdeklenme ajanları: Sodyum, magnezyum, alüminyum, titanyum ve diğer metal aromatik karboksilatlar, organik fosfatlar, sorbik asit, enzimler vb.
c. Organik polimer çekirdeklenme ajanı; vinil sikloalkanlar gibi yüksek erime noktasına sahip bazı polimerler için organik polimer çekirdeklenme ajanı yalnızca PP vb. malzemelerde kullanılabilir.
Son zamanlarda yapılan araştırmalar, çekirdeklenme ajanlarının yalnızca kristal boyutunu inceltmekle kalmayıp, aynı zamanda kristalin spesifik tipini de belirleyebildiğini ortaya koymuştur.

3. Germe kontrol yöntemi
Germeplastik filmKristalleştirilmiş levha ürünler, kristallerin parçalanmasına ve daha küçük kristaller oluşturmasına neden olabilir ve germe yönü boyunca bir dizi kristal oluşturarak ürünlerin tokluğunu artırabilir ve çekme dayanımını, parlaklığı, sertliği, bariyer kapasitesini ve diğer özelliklerini önemli ölçüde artırabilir. Plastik kristal kalitesini değiştirebilen germe yöntemi, kristalliğini de iyileştirebilir.

4. Isıl işlem kontrol yöntemi
Isı işlemi bir yandan kristalleşmeyi daha da hızlandırıp kristalliği artırırken, diğer yandan kristalleşme kalitesini iyileştirerek aceleci kristalleşme sonucu oluşan kristalleşme kusurlarının tamamen giderilmesini sağlayabilir.
Isıl işlem, farklı türdeki kristallerin karşılıklı dönüşümüne de neden olabilir. Örneğin, β kristal içeren PP ürünleri, erime noktasının üzerindeki ısıl işlemle tamamen erir, yeniden kristalleşir ve α kristale dönüşür; buna karşılık, önerilen altıgen kristal, 70°C'nin üzerindeki ısıl işlemle α kristale dönüştürülebilir.

PA6'yı örnek olarak ele alalım; ürünlerinin ısıl işlemden geçirilmesinden sonra çeşitli özellikleri aşağıdaki gibi değişir:
a. 120-180 ℃ ısıl işlem sıcaklığında ve 10-120 dakika bekleme süresinde çekme dayanımı; ısıl işlem sıcaklığı ve bekleme süresinin artmasıyla çekme dayanımında da artış gözlemlenmiştir ve maksimum değişim yaklaşık %10'a ulaşabilir.
b. 4 saatlik bekleme süresinde, işlem sıcaklığı 120 ℃ ile 140 ℃ arasında değiştiğinde darbe dayanımı yaklaşık %60 oranında azaldı. Ancak sıcaklık 140 °C'yi aştıktan sonra düşüş düzgünleşti. 180 °C sıcaklıkta, bekleme süresi 10 dakikadan 30 dakikaya uzatıldığında darbe dayanımı yine %60 oranında azaldı. Bekleme süresi 30 dakikayı aştıktan sonra düşüş düzleşti.
c. Belirli bir aralıktaki sertlik, ısıl işlem sıcaklığı ve bekleme süresinin uzamasıyla birlikte yavaşça artar, en yüksek artış yaklaşık %10 civarındadır.
d. Kristalleşme ısıl işlemi, ikincil kristalleşmeyi teşvik edebilir ve böylece kristalliği artırabilir. 4 saatlik yalıtım koşulunda, ısıl işlem sıcaklığı arttıkça kristalliğin arttığı gözlemlenmiştir; başlangıçta biraz daha hızlı, 140 ℃'nin üzerinde ise biraz daha yavaş artış göstermiştir. 180 ℃ ısıl işlem sıcaklığında, yalıtım süresinin uzamasıyla kristalliğin artışı aynı kalmıştır; ancak yalıtım süresi 120 dakikayı geçtiğinde kristalliğin hızlı bir şekilde arttığı görülmüştür.

Plastiklerde kristalinite nasıl belirlenir?
Üç yaygın yöntem vardır: yoğunluk yöntemi, XRD kırınım yöntemi ve DSC yöntemi.
DSC yöntemi daha yaygın olarak kullanılır ve daha doğrudur; bunu, kristalliği ölçmenin yanı sıra spektruma göre her kristal türünün içeriğini de belirleyebilen XRD yöntemi izler; yoğunluk yöntemi en büyük hataya sahiptir ve genellikle yalnızca aynı maddenin göreceli kristalliğini karşılaştırmak için kullanılır.
Bu üç yönteme ek olarak, spektrogram yazılımı tarafından yapılan basit bir hesaplamaya dayanan ve nadiren kullanılan bir kızılötesi spektroskopi yöntemi de vardır.