塑料结晶类型及其特点分析

根据塑料内部分子排列是否有序可将热塑性塑料分为（半）结晶型塑料与非结晶型（也称无定型）塑料两大类。（半）结晶型塑料内部大部分分子排列规则，而非结晶型塑料内部分子排列无规则。常见的结晶型塑料和非结晶型塑料如表1-7所示。

表1-7　常见的结晶型塑料和非结晶型塑料

作为判别这两类塑料的外观标准，可由塑料的透明性而定。一般结晶型塑料为不透明或半透明（如聚甲醛等），非结晶型塑料为透明（如有机玻璃等）。但也有例外情况，如聚-4-甲基戊烯为结晶型塑料却有高透明性，ABS为非结晶型塑料却并不透明。结晶型聚合物与非结晶型聚合物的典型特点如表1-8所示。

表1-8　结晶型聚合物与非结晶型聚合物的典型特点

结晶过程的实质是大分子链段的重排，由无序变为有序的松弛过程。当聚合物熔体冷却时，熔体中的某些有序区域（链束）开始形成尺寸很小的晶胚，晶胚长大到某临界尺寸转变为初始晶核，然后大分子链通过热运动在晶核上重排生成初期晶片，初期晶片沿晶轴方向生长而后再纤维状生长，逐步形成初级球晶，初始球晶进一步长大成球晶。聚合物的结晶过程同金属的结晶相类似，也是由晶核生成和晶体生长两步完成。

加工成型过程中，影响结晶的主要因素有冷却速度、熔融温度和熔融时间、应力作用、低分子物、固体杂质和链结构。

冷却速度指温度从熔点以上到玻璃化温度的变化速度，决定了晶核生成和晶体生长的速度与形态，其影响如表1-9所示。

表1-9　冷却速度对结晶的影响

熔融温度和熔融时间通过影响聚合物中的残存晶核数量来影响结晶，如表1-10所示。

表1-10　熔融温度和熔融时间对结晶的影响

应力增加，应力导致取向，诱发成核，使结晶速度加快，结晶度提高；应力作用时间足够长，由于分子链的松弛解取向，使得熔体结晶速率降低。(www.xing528.com)

压力增加，结晶度提高，结晶温度升高；低压下易生成大而完整的球晶；高压下则生成小而形状不规则的球晶。

熔体受力方式也影响球晶的形状和大小，如螺杆式注塑机生产的制品具有均匀的微晶结构，而柱塞式注塑机生产的制品中则有小而不均匀的球晶。

分子结构越简单、越规整，结晶越快，结晶程度越高；聚合物相对分子质量越大，大分子及链段结晶的重排运动越困难，结晶能力越低。

添加剂中的固体物质如炭黑、氧化硅、氧化钍、滑石粉和聚合物粉末等都能促进结晶，可作为成核剂。成核剂能大大加快结晶速度，使球晶数量增多，晶粒尺寸变小，从而改善了制品的性能。

塑料在成型过程中的结晶对成型后的制品性能有着直接的影响，具体影响及其原因如表1-11所示。

表1-11　结晶对制品性能的影响及原因

结晶型塑料对模具设计及选择注塑机有下列要求：

1）结晶型塑料的料温上升到成型温度所需的热量多，要用塑化能力大的设备。

2）结晶型塑料冷凝时放出的热量大，要充分冷却。

3）结晶型塑料熔态与固态的密度差大，成型收缩大，易发生缩孔和气孔。

4）结晶型塑料冷却快，结晶度低，收缩小，透明度高。结晶度与塑件壁厚有关。壁厚冷却慢，结晶度高，收缩大，物性好，所以结晶型塑料必须按要求控制模温。

5）结晶型塑料各向异性显著，内应力大。脱模后未结晶的分子有继续结晶的倾向，处于能量不平衡状态，易发生变形和翘曲。

6）结晶型塑料结晶熔点范围窄，易发生未熔粉料注入模具或堵塞进料口的现象。