SỰ KẾT TINH VÀ TÁC ĐỘNG CỦA NÓ

#NPCCrystallization


Dựa theo hình thái học thì vật liệu nhựa sẽ được phân làm 2 nhóm: nhựa vô định hình (Amorphous) và bán kết tinh (Semicrystalline).

Hình 1. Cấu trúc vô định hình và bán kết tinh

Quá trình kết tinh là quá trình tái sắp xếp một cách có cấu trúc các mạch phân tử của polymer, các phân tử sắp xếp ngăn nắp, chặt hơn.

Hình 2. Bảng vê tỉ lệ kết tinh (D%), tỉ trọng vùng kết tinh, tỉ trọng của vùng vô định hình

Sự kết tinh và mức độ kết tinh có ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu nhựa. Mật độ kết tinh càng cao, thì sản phẩm: Tăng độ cứng, cải thiện lực kéo đứt, tăng tỉ trọng,...
Nhưng đôi khi sự kết tinh cũng làm thay đổi một cách không mong muốn một số tính chất: Giảm độ trong, giảm độ dãn dài khi kéo, giảm khả năng chịu va đập,....

Hiểu được tác động của quá trình kết tinh và và hướng chúng theo những yêu cầu cần có cho sản phẩm là điều rất thú vị.
Trong lĩnh vực ép phun, quá trình kết tinh hình thành trong giai đoạn làm nguội dòng nhựa lỏng trong khuôn và quá trình kết tinh thường gây ra một số trở ngại:
- Sản phẩm co ngót, dẫn đến cong vênh, biến dạng.
- Độ trong của sản phẩm không đồng đều và suy giảm
Các nhà khoa học đã nhận thấy rằng, quá trình kết tinh là khó tránh khỏi đối với vật liệu bán kết tinh, chúng cũng có những ưu điểm và điều cần phải làm là khắc phục các nhược điểm của chúng. Họ nhận thấy rằng, nếu tăng tốc cho quá trình kết tinh thông qua việc tăng mật độ điểm kết tinh ban đầu thì thời gian kết tinh sẽ giảm, kích thước vùng kết tinh cũng giảm và đồng nhất đồng nhất hơn. Kết quả nhận thấy sau quá trình tăng tốc nói trên giúp cho sản phẩm ít co ngót hơn (do quá trình kết tinh ngắn hơn thời gian duy trì áp), sản phẩm trong hơn (do kích thước của vùng kết tinh nhỏ hơn bước sóng vùng khả kiến).
Ngày nay người ta càng phát hiện ra ngày càng nhiều những hợp chất có khả năng tạo mầm và kích thích quá trình kết tinh cho từng loại nhựa bán kết tinh, được gọi chất tạo mầm kết tinh (nucleating agent). Cần nói thêm rằng, chất tạo mầm khi sử dụng sẽ giúp định hướng quá trình kết tinh thông qua việc phân bố các mầm; trong khi sự kết tinh tự nhiên thường xảy ra bất định hướng và không xác định được vị trí và số lượng.
Mô tả quá trình hình thành trong vật liệu bán kết tinh (như hình mình họa trên), phía trên là quá trình kết tinh động học tự nhiên, bên dưới là kết tinh có mầm kết tinh.

Bốn bước quá trình:
a) Trạng thái lỏng hoàn toàn;
b) Hình thành các mầm ban đầu;
c) Hình thành vùng kết tinh;
d) Vùng kết tinh phát triển thành cầu kết tinh (spherulite).

Hình 3: Các bước của quá trình kêt tinh

Nếu quan sát ở phạm vị rộng hơn, ta thất các vùng kết tinh của chúng lại không đồng hướng với nhau, các hướng phát triển (lamella) vùng kết tinh hoàn toàn độc lập từ một tâm điểm kết tinh ban đầu. Và kết quả là chúng phát triển thành 1 cầu kết tinh 

Hình 4: Cầu kết tinh

Cầu kết tinh như trên thường tạo ra sự tán xạ ánh sáng, chính vì thế gây ra vẫn đục sản phẩm. Người ta nhận thấy rằng, nếu các cầu kết tinh có kích thước nhỏ hơn 40 nanomet thì hiện tượn tán xạ ánh sáng trên coi như không đáng kể. Người ta phát triển ra chất tăng trong (Clarifying Agent) cho một số nhựa bán kết tinh dựa theo hướng này. Họ tạo ra các chất có chứa các tâm kích thích quá trình kết tinh nằm cách đều nhau và ở khoảng cách không quá 40 nm. Khi đưa vào hỗn hợp nhựa chúng sẽ giúp nhựa kết tinh và các vùng cầu kết tinh có kích thước hài hòa, nhỏ dưới 40 nm, nhờ đó cải thiện độ trong cho nhựa bán kết tinh.