ما هي بلورات بثق البلاستيك؟ 4 طرق لتعليمك كيفية التحكم بسهولة في درجة تبلور البلاستيك وجودة تبلوره!

يتكون البلاستيك من مجموعة من مركبات بوليمرية خطية طويلة. تُقاس درجة التبلور (البلورية) بمدى انتظام ترتيب الجزيئات، ويمكن قياسها بانعكاس الأشعة السينية. تتميز بنية المركبات العضوية بالتعقيد، وبنية البلاستيك أكثر تعقيدًا، كما أن بنية السلاسل الجزيئية (خطية، منتفخة، مطوية، حلزونية، إلخ) تتفاوت بشكل كبير، وبالتالي تتفاوت بنيتها أيضًا بشكل كبير تبعًا لظروف التصنيع.

البلاستيك ذو درجة التبلور العالية هو بلاستيك بلوري، وتتفاعل قوى الجاذبية بين جزيئاته بسهولة، مما يجعله بلاستيكًا قويًا. ولتحقيق التبلور والتراصف الصحيح، يقل حجم القالب، ويزداد انكماشه وتمدده الحراري. لذلك، كلما زادت درجة التبلور، قلت شفافيته، لكنه ازداد قوة.

تتميز المواد البلاستيكية البلورية بنقطة انصهار محددة (Tm)، وعندما تكون صلبة، تكون جزيئاتها مرتبة بانتظام، مما يزيد من قوتها تحت الشد. عند انصهارها، يتغير حجمها بشكل كبير، وبعد التصلب، يسهل انكماشها، ولا يتم تحرير الإجهاد الداخلي بسهولة، والمنتج النهائي غير شفاف، وتبديد الحرارة أثناء التشكيل بطيء، ويكون الانكماش بعد الإنتاج في القوالب الباردة أكبر، بينما يكون الانكماش بعد الإنتاج في القوالب الساخنة أصغر.
وعلى النقيض من البلاستيك البلوري، يوجد نوع آخر من البلاستيك غير البلوري، والذي ليس له نقطة انصهار واضحة، وتكون جزيئاته مرتبة بشكل غير منتظم عندما يكون صلبًا، ولا يتغير حجمه النوعي كثيرًا عند الانصهار، وليس من السهل أن ينكمش بعد المعالجة، والمنتج النهائي شفاف، وكلما ارتفعت درجة حرارة المادة زاد اصفرارها، وتتبدد الحرارة بسرعة أثناء التشكيل.

خصائص البلاستيك البلوري هي كما يلي:


1. طريقة التحكم في درجة الحرارة
أ. كلما انخفضت درجة حرارة الانصهار، زادت الظروف الملائمة لتكوين نوى التبلور المتجانسة، مما يزيد من نقطة نمو البلورات، وبالتالي تحسين التبلور، ولكنه قد يؤدي أيضًا إلى تقليل حجم البلورات. لذلك، في عملية المعالجة المحددة لضمان شرط التلدين، تكون درجة حرارة الانصهار أقل قليلاً، وهو ما يُفيد عملية التبلور.
ب. درجة حرارة التبريد: تؤثر درجة حرارة التبريد بشكل كبير على درجة التبلور وجودته، وهي العامل الأكثر فعالية للتحكم في التبلور. فالتبريد البطيء يُطيل بقاء البلاستيك في منطقة التبلور، مما يزيد من درجة التبلور، ولكنه يُنتج بلورات كروية خشنة، مما يُضعف صلابة البلاستيك. أما التبريد السريع، فيسمح للبلاستيك بالمرور بسرعة عبر منطقة التبلور، مما يُقلل من درجة التبلور؛ كما أنه، نظرًا لقصر مدة نمو البلورات، يُنتج بلورات أدق، مما يُحسّن من شفافية البلاستيك وصلابته. عمليًا، يعتمد اختيار التبريد البطيء أو السريع على متطلبات أداء المنتج. فإذا كانت شفافية المنتج عالية، يجب تبريده بسرعة؛ وإذا كانت صلابته عالية، يجب تبريده ببطء.

2. طريقة التحكم في عامل التنوي
تتم إضافة عامل التبلور بشكل أساسي لتعزيز التبلور غير المتجانس، وزيادة نقطة نمو البلورات، وزيادة التبلور، وجعل جزيئات البلورات أدق، وذلك لتحسين قوة الصدم، وقوة الخضوع، واللمعان.
توجد ثلاثة أنواع من عوامل التبلور: غير العضوية، والعضوية، والبوليمرية:
أ. عامل التبلور غير العضوي للتلك، بما في ذلك: كربونات الكالسيوم، والميكا، والأصباغ غير العضوية، وما إلى ذلك. تؤثر عوامل التبلور هذه على شفافية البلاستيك، وبالتالي يجب الحد من استخدامها في المنتجات الشفافة.
ب. عوامل التبلور العضوية: عوامل التبلور العضوية هي: الصوديوم، والمغنيسيوم، والألومنيوم، والتيتانيوم، وغيرها من الكربوكسيلات العطرية المعدنية، والفوسفات العضوي، وحمض السوربيك، والإنزيمات، وما إلى ذلك.
ج. عامل تنوية البوليمر العضوي: يمكن أن يكون عامل تنوية البوليمر العضوي لبعض البوليمرات ذات نقطة الانصهار العالية، مثل فينيل سيكلوألكانات، موجودًا فقط في البولي بروبيلين، إلخ.
تجدر الإشارة إلى أنه تم اكتشاف مؤخرًا أن عوامل التبلور لا يمكنها فقط جعل حجم البلورات دقيقًا، ولكنها تحدد أيضًا النوع المحدد للبلورة.

3. طريقة التحكم في التمدد
تمديدفيلم البلاستيكويمكن أن تؤدي عملية التمديد التي تتم على شكل صفائح إلى تفتت البلورات وتكوين بلورات أصغر، وتشكيل سلسلة من البلورات على طول اتجاه التمديد، مما يُحسّن من متانة المنتجات ويزيد بشكل كبير من قوة الشد واللمعان والصلابة وقدرة العزل وغيرها من الخصائص. كما أن طريقة التمديد التي تُغيّر من جودة البلورات البلاستيكية تُحسّن من درجة تبلورها.

4. طريقة التحكم في المعالجة الحرارية
من ناحية، يمكن للمعالجة الحرارية أن تعزز التبلور وتزيد من درجة التبلور؛ ومن ناحية أخرى، يمكنها تحسين جودة التبلور، بحيث يمكن إصلاح عيوب التبلور التي خلفها التبلور المتسرع بشكل كامل.
يمكن للمعالجة الحرارية أن تُحدث تحولات تبلورية متبادلة من أنواع مختلفة. فعلى سبيل المثال، منتجات البولي بروبيلين التي تحتوي على بلورات β، عند معالجتها حرارياً فوق درجة الانصهار، تنصهر جميعها، ثم تُعاد بلورتها، لتتحول إلى بلورات α. أما البلورات السداسية المقترحة، فيمكن تحويلها إلى بلورات α عند معالجتها حرارياً عند درجة حرارة 70 درجة مئوية أو أعلى.

لنأخذ مادة PA6 كمثال، فبعد المعالجة الحرارية لمنتجاتها، تتغير خصائصها المختلفة على النحو التالي:
أ. قوة الشد في درجة حرارة المعالجة الحرارية 120-180 درجة مئوية ووقت تثبيت 10-120 دقيقة، قوة الشد مع زيادة درجة حرارة المعالجة ووقت التثبيت وامتداد الزيادة، يمكن أن يصل الحد الأقصى للتغيير إلى حوالي 10٪.
ب. عند اختبار مقاومة الصدمات لمدة 4 ساعات، ودرجة حرارة تتراوح بين 120 و140 درجة مئوية، انخفضت مقاومة الصدمات بنسبة 60% تقريبًا. ومع ذلك، بعد تجاوز درجة الحرارة 140 درجة مئوية، أصبح الانخفاض تدريجيًا. عند درجة حرارة 180 درجة مئوية، ومع زيادة مدة الاختبار من 10 دقائق إلى 30 دقيقة، انخفضت مقاومة الصدمات أيضًا بنسبة 60%. بعد تجاوز مدة الاختبار 30 دقيقة، استقر الانخفاض.
ج. الصلابة في نطاق معين، مع درجة حرارة المعالجة الحرارية وامتداد وقت التثبيت، زادت الصلابة ببطء، وبلغت أعلى زيادة حوالي 10٪.
د. يمكن للمعالجة الحرارية أن تعزز التبلور الثانوي، وبالتالي تحسن التبلور. عند عزل المادة لمدة 4 ساعات، ومع ارتفاع درجة حرارة المعالجة الحرارية، يزداد التبلور؛ ويبدأ بشكل أسرع قليلاً، وعند درجة حرارة أعلى من 140 درجة مئوية، يصبح أبطأ قليلاً. عند درجة حرارة معالجة حرارية تبلغ 180 درجة مئوية، ومع زيادة مدة العزل، يبدأ التبلور بنفس السرعة؛ ولكن عند عزل المادة لأكثر من 120 دقيقة، يزداد التبلور بسرعة.

كيف يتم تحديد درجة التبلور في المواد البلاستيكية؟
هناك ثلاث طرق شائعة: طريقة الكثافة، وطريقة حيود الأشعة السينية، وطريقة المسح الحراري التفاضلي.
تُعد طريقة DSC أكثر شيوعًا وأكثر دقة، تليها طريقة XRD، التي بالإضافة إلى قياس التبلور، يمكنها أيضًا تحديد محتوى كل نوع من أنواع البلورات وفقًا للطيف؛ طريقة الكثافة لديها أكبر قدر من الخطأ وتستخدم بشكل عام فقط لمقارنة التبلور النسبي لنفس المادة.
بالإضافة إلى هذه الطرق الثلاث، هناك أيضًا طريقة التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء، والتي تعتمد على حساب بسيط بواسطة برنامج مخطط الطيف ونادرًا ما يتم استخدامها.