O que são cristais de extrusão de plástico? 4 maneiras de aprender a controlar facilmente a cristalinidade e a qualidade da cristalização de plásticos!

A composição dos plásticos é um conjunto de muitos compostos poliméricos lineares e alongados. O grau de cristalinidade é medido pelo grau de regularidade do arranjo das moléculas, e pode ser avaliado pela reflexão de raios X. A estrutura dos compostos orgânicos é complexa, e a dos plásticos é ainda mais complexa, com grande variação na estrutura das cadeias moleculares (lineares, bulbosas, dobradas, espirais, etc.), o que faz com que sua estrutura também varie bastante dependendo das condições de fabricação.

Um plástico com alto grau de cristalinidade é um plástico cristalino, e as forças gravitacionais entre as moléculas interagem facilmente, tornando-o um plástico resistente. Para que a cristalização e o alinhamento ocorram corretamente, o volume diminui e a contração e a expansão térmica do molde aumentam. Portanto, quanto maior a cristalinidade, menor a transparência, porém maior a resistência.

Os plásticos cristalinos têm um ponto de fusão (Tm) bem definido e, quando sólidos, as moléculas estão organizadas regularmente, apresentando maior resistência à tensão. Ao fundir, o volume sofre grandes alterações e, após a cura, encolhem com mais facilidade, a tensão interna não é liberada facilmente, o produto final não é transparente, a dissipação de calor durante a moldagem é lenta, o encolhimento após a produção em moldes frios é maior e o encolhimento após a produção em moldes quentes é menor.
Em contraste com os plásticos cristalinos, existe outro tipo de plástico não cristalino, que não possui um ponto de fusão definido. Suas moléculas estão dispostas irregularmente quando sólidas, seu volume específico não se altera muito durante a fusão, não encolhe facilmente após a cura, o produto final é transparente, quanto maior a temperatura do material, mais amarelado ele fica, e o calor se dissipa rapidamente durante a moldagem.

As características dos plásticos cristalinos são as seguintes:


1. Método de controle de temperatura
a. Quanto menor a temperatura de fusão, mais propícia é a formação de núcleos de nucleação homogênea, aumentando o ponto de crescimento cristalino, o que pode melhorar a cristalinidade, mas também reduzir o tamanho dos cristais. Portanto, em processos específicos, para garantir a plastificação, a temperatura de fusão deve ser ligeiramente menor, o que é benéfico para a cristalização.
b. Temperatura de resfriamento: A temperatura de resfriamento tem o maior impacto no grau e na qualidade da cristalização, sendo o fator mais eficaz para controlá-la. O resfriamento lento permite que o plástico permaneça mais tempo na área de cristalização, resultando em um grau de cristalização mais elevado. No entanto, o resfriamento lento pode levar à formação de cristais esféricos grosseiros, o que prejudica a rigidez e a dureza. O resfriamento rápido, por um lado, permite que o plástico passe rapidamente pela zona de cristalização, reduzindo o grau de cristalização; por outro lado, devido ao curto tempo de crescimento dos cristais, também resulta em cristais de tamanho menor, o que contribui para a melhoria da transparência e da tenacidade. Na prática, a escolha entre resfriamento lento ou rápido depende das necessidades de desempenho do produto. Se a transparência do produto for alta, o resfriamento rápido é necessário; se a rigidez e a dureza do produto forem altas, o resfriamento lento é necessário.

2. Método de controle do agente nucleante
O agente nucleante é adicionado principalmente para promover a nucleação heterogênea, aumentar o ponto de crescimento do cristal, aumentar a cristalinidade e tornar as partículas de cristal mais finas, melhorando assim a resistência ao impacto, a resistência ao escoamento e o brilho.
Existem três tipos de agentes nucleantes: inorgânicos, orgânicos e poliméricos:
a. Agentes nucleantes inorgânicos, como CaCO3, mica, pigmentos inorgânicos, etc., podem afetar a transparência dos plásticos e, portanto, seu uso em produtos transparentes deve ser limitado.
b. Agentes nucleantes orgânicos: os agentes nucleantes orgânicos são: sódio, magnésio, alumínio, titânio e outros carboxilatos aromáticos metálicos, fosfatos orgânicos, ácido sórbico, enzimas, etc.
c. Agente nucleante de polímero orgânico: o agente nucleante de polímero orgânico para alguns polímeros com alto ponto de fusão, como os vinilcicloalcanos, só pode ser encontrado em PP, etc.
Vale ressaltar que recentemente descobriu-se que os agentes nucleantes podem não apenas refinar o tamanho dos cristais, mas também determinar o tipo específico de cristal.

3. Método de controle de alongamento
Alongamento defilme plásticoProdutos em forma de folha que foram cristalizados podem sofrer quebra dos cristais, formando cristais menores e uma série de cristais ao longo da direção de estiramento. Isso pode melhorar a resistência dos produtos e aumentar substancialmente a resistência à tração, o brilho, a dureza, a capacidade de barreira e outras propriedades. O método de estiramento que altera a qualidade cristalina do plástico também pode melhorar sua cristalinidade.

4. Método de controle do tratamento térmico
O tratamento térmico, por um lado, pode promover ainda mais a cristalização e aumentar a cristalinidade; por outro lado, pode melhorar a qualidade da cristalização, de modo que os defeitos de cristalização deixados pela cristalização apressada possam ser totalmente reparados.
O tratamento térmico também pode promover a transformação mútua de diferentes tipos de cristalização. Por exemplo, produtos de PP contendo fase cristalina β, quando submetidos a tratamento térmico acima do ponto de fusão, fundem-se completamente, recristalizam e transformam-se em fase cristalina α. Já a fase cristalina hexagonal proposta, quando submetida a tratamento térmico acima de 70 °C, pode ser transformada em fase cristalina α.

Tomando como exemplo o PA6, após o tratamento térmico de seus produtos, suas diversas propriedades se alteram da seguinte forma:
a. A resistência à tração na temperatura de tratamento térmico de 120-180 ℃ e tempo de permanência de 10-120 min, com o aumento da temperatura de tratamento e do tempo de permanência e a extensão do aumento, a mudança máxima pode atingir cerca de 10%.
b. A resistência ao impacto, após um tempo de espera de 4 horas e com a temperatura de tratamento variando de 120 °C a 140 °C, diminuiu em quase 60%. No entanto, após a temperatura ultrapassar 140 °C, a redução tornou-se mais suave. A 180 °C, quando o tempo de espera foi estendido de 10 min para 30 min, a resistência ao impacto também diminuiu em 60%. Após 30 min, a redução se estabilizou.
c. A dureza, dentro de uma determinada faixa, com o aumento da temperatura de tratamento térmico e do tempo de permanência, aumentou lentamente, atingindo um aumento máximo de cerca de 10%.
d. O tratamento térmico de cristalização pode promover a cristalização secundária e, assim, melhorar a cristalinidade. Em condições de isolamento de 4 horas, com o aumento da temperatura de tratamento térmico, a cristalinidade aumenta; o aumento inicia-se ligeiramente mais rápido acima de 140 °C e torna-se um pouco mais lento a partir daí. Em condições de tratamento térmico de 180 °C, com o prolongamento do tempo de isolamento, o início do aumento da cristalinidade permanece o mesmo; porém, após 120 minutos de isolamento, a cristalinidade aumenta rapidamente.

Como determinar a cristalinidade em plásticos?
Existem três métodos comuns: método da densidade, método da difração de raios X e método DSC.
O método DSC é o mais comumente usado e o mais preciso, seguido pelo método XRD, que, além de medir a cristalinidade, também pode determinar o teor de cada tipo de cristal de acordo com o espectro; o método de densidade apresenta o maior erro e geralmente é usado apenas para comparar a cristalinidade relativa da mesma substância.
Além desses três métodos, existe também um método de espectroscopia infravermelha, que se baseia em um cálculo simples por meio de software de espectrograma e é raramente utilizado.