基本介紹
- 中文名：串晶
- 外文名：Series of crystal
- 形狀：串珠式
- 原因：結晶速率具有方向依賴性
- 特例：纖維狀晶
- 影響因素：鏈的對稱性等
簡介,高分子材料結晶形態,串晶形貌分析,影響結晶能力的因素,
簡介
聚合物在應力作用下生成一長串像串珠式的多晶體。聚合物溶液在應力（攪拌）或拉伸應力下結晶時，由於結晶速率具有方向依賴性而導致形成串晶。串晶體的中心為伸直鏈結構的柱形晶核，外延間隔分層向四周輻射生長摺疊鏈晶片。是一種晶體物質在另一種晶體物質上取向附著生長的一種特例，同時具有伸直鏈片晶和摺疊鏈片晶兩種晶體結構。伸直鏈的含量隨切應力增大而增多，晶體的熔點也增高。應力低則生成扭曲狀晶片；應力高則生成平面狀晶片。由於伸直鏈作串晶結構的串線，材料的強度和抗腐蝕性得到增強，材料的模量和透明度也有提高。
高分子材料結晶形態
結晶高分子的溶液或熔體冷卻時，隨著結晶條件的不同，如溶液濃度、介質、溫度、引發結晶的方式不同。會形成形態極為不同的巨觀或亞微觀的晶體，其中主要有單晶、球晶、樹枝狀晶、伸直鏈片晶、纖維狀晶和串晶等。
串晶形貌分析
結晶性高分子在靜態極稀溶液中緩慢結晶時可以得到具有摺疊鏈片晶結構的單晶，而在高溫和高壓下則可得到伸直鏈片晶，這是兩個極端的情況。在高分子的成型加工中。如在紡絲、注射等過程中，雖然高分子受到應力場的作用，但應力場的大小遠遠不足以使高分子形成伸直鏈片晶，而是形成纖維狀晶和串晶。
當高分子溶液在剪下應力（如攪拌）或拉伸應力作用下結晶時，則會生成“羊肉串”式結構的晶體，稱為串晶。
串晶形貌串晶是由伸直鏈結構的中心脊纖維和在中心線上間隔生長的摺疊鏈附晶所組成。所以串晶具有伸直鏈和摺疊鏈雙重結構。由於串晶包含伸直鏈的中心線，因而具有較高的強度和耐溶劑及腐蝕性能。
纖維狀晶是串晶的特例，也是由完全伸直的分子鏈組成，其長度可以不受分子鏈的平均長度的限制，分子鏈的取向是平行於纖維軸的。
影響結晶能力的因素
高分子材料的結晶能力指的是聚合物能不能夠結晶，結晶條件是否容易滿足以及可達到的最大結晶度。不同種類的高分子材料其結晶能力有很大差別。高分子材料結晶能否進行，必須具備兩個條件：首先，聚合物的分子鏈具有結晶能力，一般地說，分子鏈具有化學和幾何結構的規整性，這是結晶的必要條件；其次，還需充分條件，即適宜的溫度和充分的時間。
1、鏈的對稱性
晶體是一種有一定對稱性的固體。高分子鏈的對稱性越好越容易形成結晶，對稱性差的高分子鏈則不易結晶。聚乙烯和聚四氟乙烯，其主鏈上全部由碳原子組成，碳的旁側全都是氫原子或氟原子，對稱性非常好。因而它們的結晶能力非常強，以至於人們無法得到它們的完全非晶態的固體樣品。它們所達到的最大結晶度也高於其他聚合物。聚乙烯的最大結晶度可高達95%，而一般結晶性聚合物的結晶度通常在50%上下。
對稱取代的烯類聚合物，如聚偏二氯乙烯、聚異丁烯，主鏈上沒有不對稱碳原子，因而有較好的結晶能力。主鏈上含有雜原子的聚合物，如聚甲醛、聚酯、聚醚、聚醯胺和聚碳酸酯等，它們的分子鏈都有一定的對稱性，故都是結晶性聚合物，但結晶能力要比聚乙烯弱。
2、共聚結構
無規共聚使得不同的結構單元混雜而形成高分子鏈，鏈的對稱性和規整性都要遭到破壞，因而使結晶能力下降乃至完全喪失。但是，如果共聚單元各自的均聚物都是可以結晶的，並且它們的晶態結構相同，則它們的共聚物也能夠結晶，晶胞參數一般隨共聚單元的組成不同而發生變化。當共聚單元的某一組分的含量占優勢時，這一組分的均聚物若能結晶，那么共聚物中這種單元仍然可以形成同其均聚物結晶相同的結晶，因為共聚物中保持著這種單元的長序列。不過，結晶能力顯然要有所削弱，這時含量少的共聚單元則作為缺陷而存在於另一種均聚物結晶的結構之中。
接枝共聚物的主鏈因支化效應通常使其結晶能力降低。而接枝共聚物的支鏈以及嵌段共聚物的各個嵌段則基本上保持其各自的特性。能夠結晶的支鏈或嵌段可形成自己的晶區。
3、成核
結晶成核是提高結晶速度的最主要外在手段，分為均相成核和異相成核。各種成核劑的主要作用是在聚合物內部形成許多成核中心，誘導其快速定向的結晶。有時，高聚物中某些雜質會阻礙結晶，另一些雜質卻會促進結晶。在聚合物中加入納米顆粒可以形成許多成核中心，在高聚物結晶過程中往往起晶核作用，所以也稱其為成核劑。在聚合過程中加入成核劑不但能大大加速結晶，而且會使球晶尺寸變小，從而提高產品透明度和強度。因為球晶大。特別是外表光滑的球晶之間聯繫力弱，受力時容易在晶面處斷裂。若球晶的尺寸與可見光波長相當，則對光發生散射而使製品不透明。
