众所周知，塑料的组成是由许多线状、细长之高分子化合物组成的集合体。依分子成正规排列的程度，称为结晶化程度（结晶度），而结晶化程度可用x线的反射来量测。
a、结晶性塑料有明显熔点(Tm)，固体时分子呈规则排列，强度较强，拉力也较强。熔解时比容积变化大，固化后较易收缩，内应力不易释放出来，成品不透明，成形中散热慢，冷模生产之日后收缩较大，热模生产之日后收缩较小。
b、另有一种为非结晶性塑料，其无明显熔点，固体时分子呈不规则排列，熔解时比容积变化不大，固化后不易收缩，成品透明性佳，料温越高色泽越黄，成形中散热快。
|
一 结晶的形态 |
可能会有朋友会问晶体啥样子啊？怎么控制塑料结晶呢？
先来看一下塑料结晶后球晶的图像：
高分子人应该看到图就感到亲切，有人曾经在实验室奋斗几个小时才看到这个图像。
|
二 如何控制塑料结晶？ |
控制塑料结晶有两方面含义：一方面是控制结晶度的大小，一方面为控制结晶质量，这两方面都会对塑料性能产生很大影响。
聚合物的结晶度愈高，熔融温度和耐热性也增高，弹性模量、硬度、拉伸、弯曲等强度皆提高，韧性下降。
以PP（聚丙烯）为例，在同一结晶度下，如果其制品中含有粗大的球晶，其制品透光性差，外观缺乏美感；球晶之间有明显的界面，在界面处易产生应力集中，则其韧性不好，而对刚性及硬度有利；微晶的数目增多，球晶数目减少，晶体尺寸变细，从而改善其物理性能，改善光泽和增加透明度
球晶结构的显微图
如果含有β晶型的小球晶，则韧性好，改善冲击强度、屈服强度。而拉伸形成的串晶，从而可以改善其制品韧性，并大幅度提高拉伸强度、光泽度、硬度、阻隔能力等性能。
|
三 控制结晶的方法 |
常用几种可控制结晶的方法有以下几种：
1.温度控制法
a、熔融温度熔融温度越低，越有利于均相成核的晶核形成，增加晶体生长点，即可以提高结晶度，又可以使晶体尺寸减小。所以在具体加工过程中在保证塑化成型前提下，熔融温度稍低一点，对结晶有利。
b、冷却温度冷却温度对结晶度及结晶质量影响最大，是控制结晶的最有效方缓慢冷却，可使塑料在结晶区内停留时间加长，从而使结晶度升高，但缓慢冷却却容易产生粗大的球晶，对韧性不利而对刚性及硬度有利。
快速冷却，一方面使塑料迅速经过结晶区域，从而降低结晶度；另一方而由于晶体生长时间短，也使结晶尺寸变细，有利于透明性及韧性的改善。
在实际应用中，采取缓冷还是快冷，视产品性能需要而定。如果要求产品的透明度高，则需快速冷却；如果要求产品刚性及硬度高，则需缓慢冷却。
2.成核剂控制法
成核剂的加入主要是促进异相成核，增加晶体生长点，使结晶度提高，并使晶体颗粒变细、从而改善冲击强度、屈服强度及光泽等。回复“成核剂”查看更多成核剂
成核剂有无机类、有机类及高分子三类：
a、无机成核剂无机成核剂以滑石粉为主，同时包括：CaCO3、云母、无机颜料等。这类成核剂对塑料透明性有影响，因而应限制其在透明制品中的用量。
b、有机成核剂有机成核剂主要有：钠、镁、铝、钛等金属芳香羧酸盐，有机磷酸盐、山梨酵糖类等。
c、有机高分子成核剂有机高分子成核剂为一些高熔点的聚合物，如乙烯基环烷烃可只于PP等。
值得注意的是，近来发现，成核剂不仅可以使晶体尺寸变细，还可以决定具体的晶型种类。以PP为例，在其制品成型过程中加入的β型成核剂，可以促进口品列的生成，最高可使β晶型含量达到85％"95％。常用的β型成核剂有：喹叮啶酮染料、水久红E3B、DACP（有机羧酸盐与金属盐复合成核剂)等。
3.拉伸控制法
对已经结晶的塑料薄膜及片材类制品进行拉伸，可以使晶体破碎而形成尺寸细小的晶体，并沿拉伸方向形成串晶，从而可以改善其制品韧性，并大幅度提高拉伸强度、光泽度、硬度、阻隔能力等性能。拉伸方法即可以改变塑料结晶质量，也可以提高其结晶度。
4.热处理控制法
热处理一方面可进一步促进结晶而增大结晶度；另一方面可完善结晶质量，使匆忙结晶而留下的结晶缺陷得到充分的修补。
热处理还可使结晶内的不同品型发生互相转化。如对含有β晶型的PP制品，在熔点以上进行热处理会全部熔解，再结晶时，将转化为α晶型，而拟六方晶型在70C以上热处理即可以转变成α晶型。
以PA6为例，（回复“尼龙”来学习尼龙的产业链）对其制品进行热处理后，其各种性能变化如下：
a、拉伸强度在热处理温度为120"180℃及保温时间为10"120min时，拉伸强度随处理温度的提高及保温时间的延长而提高，最大变化幅度可达到10％左右。
b、冲击强度在保温时间4h、处理温度从120℃提高到140℃时，冲击强度下降近60％。但温度超过140℃后，下降则平稳。在温度为180时，保温时间从10min延长到30min时，冲击强度也下降60％。保温时间超过30min后，下降则平缓。
c、硬度在一定范围内，随热处理温度升高及保压时间延长，硬度有所缓慢提高，提高幅度最高可达10％左右。
d、、结晶度热处理可以促进二次结晶，因而可提高结晶度。在保温4h前提下随热处理温度升高，结晶度不断升高；开始稍快一些，超过140℃后，稍缓一些。在热处理温度为180℃前提下，随保温时间延长，开始结晶度不变；但保温时超过120min后，结晶度迅速增大。
附：结晶塑料和非结晶塑料的物性差别和常见塑料的结晶性能
表1：结晶性塑料与非结晶性塑料性能差异
|
物性 |
结晶性 |
非结晶性 |
|
比重 |
较高 |
较低 |
|
拉伸强度 |
较高 |
较低 |
|
拉伸模数 |
较高 |
较低 |
|
延展性或伸长率 |
较低 |
较高 |
|
耐冲击性 |
较低 |
较高 |
|
最高使用温度 |
较高 |
较低 |
|
收缩率及翘曲 |
较高 |
较低 |
|
流动性(MI) |
较高 |
较低 |
|
耐化学性 |
较高 |
较低 |
|
耐磨耗性 |
较高 |
较低 |
|
抗潜变性(Creep) |
较高 |
较低 |
|
硬度 |
较高 |
较低 |
|
透明性 |
较低 |
较高 |
|
加玻纤补强效果 |
较高 |
较低 |
|
尺寸安定性 |
较差 |
较佳 |
|
着色性 |
较难 |
较易 |
|
耐热性 |
较高 |
较低 |
|
折动性 |
较佳 |
较差 |
表2：常见塑料的结晶性
|
结晶性塑料 |
非结晶性塑料 |
|
|
常用塑料 |
聚乙烯(Polyethylene, PE) |
聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride, PVC) |
|
聚丙烯(Polypropylene, PP) |
丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚合物 (Acrylonitrile-Butadene-Styrene, ABS) |
|
|
压克力(Acrylic Resin, PMMA) |
||
|
常用工程塑料 |
尼龙(Polyamide, PA-6, PA-66, PA-46, PA-11, PA-12) |
聚碳酸酯(Polycarbonate, PC) |
|
聚对苯二甲酸乙酯(Polyethylenephthalate, PET) |
||
|
聚对苯二甲酸丁酯(Polybutylenephthalate, PBT) |
||
|
聚缩醛(Polyacetal, Polyoxy Methylene, POM) |
||
|
特殊工程塑料 |
聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide, PPS) |
聚醚(Polyphenylene Sulfide, PES) |
|
液晶(Liquid Crystal Polymer, LCP) |
聚讽(Polysulfone, PSF) |
|
|
聚二醚酮(Polyether Ether Ketone, PEEK) |
聚芳香酯(Polyarylate, U-Polymer, PAR) |
|
|
氟碳树脂(Polytetrafluorcethylene, PTFE) |
聚醚醯亚胺(Polyetherimide, PEI) |
|
|
聚氧苯甲酯(Polyoxybenzylene, POB) |
聚醯胺醯亚胺(Polyamideimide, PAI |
来源：高分子天空
推荐阅读：
申请加入改性塑料交流群，请长按二维码添加群主微信，备注“改性”
阅读原文，申请进入改性塑料交流群
始发于微信公众号：艾邦高分子