Defining Polymer Crystallinity

גבישי פולימר מתייחס לדרגה של סדר תלת-ממדי בין מולקולות ארוכות שרשרת.בפולימר קריסטל, שרשראות מתקפלות וחבילה לתוך מבנים קבועים של ליטיצ'ה, ויצר אזורים הנקראים גבישים.עם זאת, פולימרים לעתים רחוקות להשיג גבישים מלאים; הם בדרך כלל יוצרים מערכת דו-phase המורכבת מבלוטות גבישיות ותחומים amorphous יש קוראיית לחלוטין, כמו עיגולים סיביריים בגובה של סימטריים, כמו סימטריים בינוניים, כמו סימטריים בגובה של ריבועיים (ברומיים).

דומיינים קריסטל יכולים להרכיב מבנים סופר גדולים יותר הנקראים spherulites, שגדל באופן קורני מנקודת תצפית מרכזית.כאשר נצפה תחת אור מקוטב, spherulites מציג דפוס צלב אופייני Maltese, חושף את הסידור הלגונה שלהם.גודל, מספר, ושלמות של spherulites אלה תלויים בכימיה פולימרי, חלוקת מולקולרית, הפצה, והחשוב מכל - היסטוריה תרמית של עיבוד: 1Falthalth של ויזואלית.

מנקודת מבט הנדסית, גבישי שולט ישירות בתכונות מכניות כגון Modulus, כוח מניב והתנגדות זחילה.גבישיות גבוהה יותר מניבה נוקשות גדולה יותר, שיפור ההתנגדות הכימית, ונחיתות נמוכה יותר.עם זאת, היתרונות האלה באים עם עצירות מסחר: כוח מופחת, פחות משיכה הפסקה, ו - כפי שנראה - נטייה חזקה לכיוון אור פיזור ועירות.

כיצד Crystallinity משפיע על הקללות האופטית

בהירות אופטית כוללת מדדים מרובים: העברת אור כוללת, האז (אחוז האור המועבר מפוזר יותר מ -2.5 מעלות מהכיוון האירוע), ואת היכולת לפתור פרטים בסדר (ראו דרך איכות) כאשר האור פוגש פולימר, כל וריאציות באינדקס השביר גורם לפזר.בפולימרים חסרי מצפון לחלוטין, תנודות צפיפות הן קטנות ומתרחשות על פני אורכי אור, וכתוצאה מכך מרחק מינימלי ומפוזרים אלה בשלב רפלקטיביים שונים.

חומרת הפיזור תלויה באופן ביקורתי בגודל ובמורפולוגיה של אזורי הקריסטל ביחס לאורכי גל גלויים (400–700 nmatch) כאשר pherulites או גבישים גדולים מעל כמה מיקרונים - שניתן לאורכו של גל - כלומר לפזר שליטה מהירה, ייצור נץ 'מכוון מדי ערפל ואובדן משמעותי של שקיפות.

תוצאה אופטית נוספת של גבישיות היא דו-פרינס - הבדל באינדקס השביר לאורך צירים שונים - אשר עולה כאשר תחומי קריסטל מוכווני (או שרשראות amorphous) נמצאים כיום. Bireparnce הוא קריטי ביישומים כגון דיסקים אופטיים עדשות דיוק, שבו אפילו birence קלה יכול לעוות אותות מקוטבים או degrading איכות.

תפקיד הפולימרים העדינים

פולימרים שהם לחלוטין או בעיקר amorphous מציעים את הבהירות האופטית הגבוהה ביותר ללא סדר ארוך טווח, החומר מתנהג כמדיום הומוגני בקנה מידה אופטי.שלושה תרמופלסטים אקריים הרמוניים שולטים הנוף ההנדסה:

  • (FLT:0)Poly (methyl methacrylate) (PMMA) FLT:1 - עם שידור אור גלוי סביב 92%, PMMA יריב זכוכית.הטבע המחריד שלה והתנגדות UV להפוך אותו לבחירה העליונה עבור חלונות מטוסים, עדשות אופטיות, ומחסומים מגן.
  • (FLT:0)Polycarbonate (PC)FLT:1 - PC משלב כוח השפעה גבוה עם בהירות מעולה.יחידות bisphenol-A קשיח וניידות שרשרת מוגבלת מניבות מבנה אורמור לחלוטין כאשר קריר מהמס. PC הוא בשימוש נרחב מגן בטיחות, תצוגות אלקטרוניות, תאורה רכב שבו קשיחות ושקיפות נדרשים שניהם.
  • (FLT:0)Polystyrene (PS)FIRLT:1) - פוליסטרון בעל מטרות כלליות הוא כוס amorphous עם בהירות טובה מתאימה עבור תוכנות חד פעמיות, אריזה ברורה ומוצרים לצרכנים שבהם ההתנגדות היא פחות קריטית.

מכיוון שהחומרים האלה אינם כוללים מרכזי פיזור גבישיים, הבהירות שלהם תלויה בעיקר בתוספים, על פני השטח, והחופש ממזהמים.הם שומרים על שקיפות גם בחלקים עבים, מה שהופך אותם חיוניים לרכיבים אופטיים קריטיים.עם זאת, פולימרים amorphous יכולים להציג מתח-לבן או מתפתל תחת עומס מכני, להפחית באופן זמני את הבהירות - גורם שיש לקחת בחשבון בתכנון.

האתגר של Semi-Crystalline Polymers

בקצה השני של הספקטרום, פולימרים גבישיים מאוד כגון פוליאתילן (PE), פוליפרופילן (PP), ניילון, ופוליוקסלטין (POM) הם בדרך כלל טרנסינט או מפונק במצב הטבעי שלהם.הספירוליים הגדולים שלהם - לעתים קרובות עד מאות מיקרונים מעבר - אור דק יותר כי אפילו דק מופיעים סרטים אנזים.

עם זאת, יוצאים מן הכלל הבולטים קיימים.נוקליד פוליפרופילן, תוך שימוש בסוכני הבהרת הדחיסות הגבוהה של גבישים זעירים, יכולים להשיג שקיפות מספקת עבור מיכלי מזון, בקבוקים, וסירינגים רפואיים.אלה "הבהירים" ציונים ממנפיקים את התגבשותנו בקנה מידה גבוה כדי לדכא את הנץ תוך שמירה על נוקשות והתנגדות חום.

הנדסה של Crystallinity - Clarity Balance

מכיוון שמכשירי הנדסה דורשים לעתים קרובות יושרה מכנית ושקיפות נאותה, מהנדסי חומרים פיתחו חבילה של אסטרטגיות כדי לתמרן קריסטליות ללא הקרבה של תפקוד.המטרה היא לדכא את התגבש כולה (מאחורי מוצק חרפי) או לחדד את המורפולוגיה קריסטלית כך שפיזור מרכזי נשאר מתחת לסף האור הנראה לעין.

שליטה על שיעורי קירור וההיסטוריה הרכה

קריסטליזציה היא תהליך קיננטי נשלט על ידי זמן וטמפרטורה.כאשר פולימר סמי-קריסטלי מגניב במהירות מן ההיתוך, תנועת שרשרת קפוא לפני מולקולות יכול לארגן לתוך גבישים גדולים.זה quench מניב שבריר גבוהה יותר וקטן יותר, פחות מושלם חלקי גבישים, צמצום שקיפות איטי או annealing מאפשר sulites כדי לגדול ועירום, למקסם את הלחץ הקירור הפנימי, ביעילות, עם לחץ קירור חלקי מתכתב.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

אחת מהשיטות המשפיעות ביותר מבחינה מסחרית לשיפור השקיפות בפולימרים פולימרים למחצה היא השימוש בסוכני ניקוי מבריקים (התוספים המשתנים המרשימים הללו - לעתים קרובות נגזרות המבוססות על סויה למחצה, מלחים אורגניים, או מספרי מינרליים מהירים), אשר כוללים מספר עצום של בקבוקי קירור קלים (למשל, נפחים קלים) של מים קטנים יותר, כאשר הם מתפזרים יותר מנפחים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, הם יכולים להיות פחות מנפחים של 0 ליטרים קטנים יותר מנפחים, פחות מנפחים, פחות מנפחים, כלומר, כלומר, פחות מנפחים, כאשר הם יכולים להיות פחות מנפחים, כלומר, כלומר, כלומר, פחות מנפחים של פחות מנפחים של 0 ליטרים, יותר מנפחים, יותר מנפחים, כלומר, כלומר, כלומר, כלומר, יותר מנפחים, כלומר, כאשר הם יכולים להיות יותר מנפחים של מים קטנים יותר מנפחים של מיכלים של מים חמים.

משחק: Copolymerization and Polymer בללינג

היכרות עם α-olefins מניבה שיטה ישירה להפחית קריסטליות.לשעבר copolymers של ethylene עם α-olefins מניבה פוליאתילן נמוך לינארי (LLDPE) סרטים כי הם יותר שקוף מאשר HDPE. בדומה, styrene-acrylonitle (SAN) copomers להישאר amorphous על טווח רחב, עם בהירות רחבה יותר.

תערובת פולימר מציעה עוד דרך. Dispersing amorphous פולימר לתוך מריצה גבישית - או להיפך - יכול לייצר חומרים עם תכונות אופטיות מכניות מותאמים. Compatibility ו refractive התאמת אינדקס הם קריטי: אם בשלב מפוזר יש אינדקס השבירה קרוב לזה של מאטריקס וגדלי התחום להישאר תת-מיקרוניים, פיזור הוא מצמצם את השימוש הזה במכוניות פנים וחלקי דיור אלקטרוניקה הרצויים.

עיבוד

סרטים או סיבים תחת טמפרטורה מבוקרת ושיעורים יכולים לשנות באופן יסודי את המורפולוגיה גבישית.בתבנית למתוח-blow של בקבוקי PET, הפולימר הוא מתוח במהירות רק מעל טמפרטורת המעבר של הזכוכית שלה, גרימת זנים-קשה וקטנות, קריסטלים מוכווניים כי הם הרבה יותר בסדר מאשר spherulites גדל תרמי.ה הוא חומר כי הוא חזק בו זמנית, מוכוון, קשיח, ואפקט חום, כמו זכוכית, כמו zetraaretraareare (ב) כדי למנוע בהירות גבוהה יותר, כמו zepraprareic).

שיטות מדידה ואופי

קביעת הן קריסטלנות והן תכונות אופטיות חיונית לשליטה איכותית ופיתוח המוצר. Crystallinity נמדדת בדרך כלל על ידי סריקת קלוריות שונות (DSC), אשר מודד את שיא ההמיסה האנרגמי ומשווה את הניטרליות לזה של הפניה גבישית 100%. X-ray diffraction (XRD) מספק מידע משלים על ידי הבחנה פסגות גבישיות חדות מן האפרה בשלב זה הוא מציע מדידה פשוטה.

בצד האופטי, הזה וההעברה שופעת מוערכים באמצעות ספקטרום עם ספירה משולבת, לאחר שיטות מבחן סטנדרטי כגון FLT:0ASTM D100303uaFLT:1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ⁇ . . ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

יישום הנדסה של Real-World

איזון הקריסטליניות-הבהירות מעצב החלטות עיצוב בטווח רחב של תעשיות.חשב בדוגמאות הבאות:

  • (FLT:0) מנוע תאורהFLT:1 - עדשות ראש וכיסויים מעוצבים כמעט אך ורק מפוליקרבונט או PMMA.מבנה המחריד שלהם מבטיח שידור אור מקסימלי ודפוסי דבורים מדויקים ללא עיוות צבע.
  • (FLT:0Medical DevicesFLT:1) - Syringes, IV מחברים, ומאגרי נוזל לעתים קרובות להשתמש פוליפרופירין הבהירה.חומר חייב לעמוד אדים, קרינה, או תחמוצת שתן sterilization ללא אובדן שקיפות או יושרה מכנית. Nucleated copolymers למלא תפקיד זה, המאפשר לאנשי מקצוע לבדוק נוזלים ויזואליים עבור בועות אוויר או contaants.
  • (FLT:0) אחסון נתונים ויזואלי של ההרחבה:1 - DVDs ו- Blu-ray דיסקים הם הזרקת מפוליקרבונט.ביreparnce חייב להיות מצטמצם כדי למנוע שגיאות קריאה.מעבד מהנדסים לשלוט בקפדנות בטמפרטורת עובש לחץ אריזה כדי לשמור על אוריינטציה מולקולרית ומתח נמוך.
  • (FLT:0) מציגות סלקטיביות ולבושות: 1) - סרטי Transud פוליimide, amorphous בשל עמוד השדרה הארוכים שלהם, לשמש כמצע למסכים קפלים OLED.
  • (FLT:0 Food and Beverage Packaging PackagingFLT:1) - בקבוקי PET ומגשים תלויים התגבשות המושרה במתח במהלך עובש מתוח כדי להשיג בהירות וביצועי מחסום בו זמנית.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות התקדמות משמעותית, כמה אתגרים נשארים.כפי שנוסחאות פולימרים משלבות תוכן ממוחזר, מונומרים המבוססים על ביולוגית, או ננופילרים, שמירה על איכות אופטית עקבית הופכת קשה יותר. אפילו כמויות קטנות של זיהום או ניוקלנטים מפוזרים בצורה גרועה יכולים להציג את האז.המגמה לעבר דל דק יותר, מכשירים קלים יותר הדורשים בהירות תחת עומסים תרמיים מכניים.

פתרונות מתעוררים כוללים פולימרים עצמיים, שבו אג"ח דינמי קוהנדס מיקרו-קracks אשר אחרת פיזור אור.ציפוי פני מתקדם כי להפחית עונשים אופטיים מן הקריסטליניות תוך הוספת פונקציות אנטי-reflective או נגד-fogging הם גם בפיתוח.חומרים מעוררי השראה ביולוגיים המחקים את השקיפות של מבנים טבעיים - כגון הקרנית או diatomlicas - הם צוברים מסגרת תשומת לב כללית:

גבול נוסף הוא עיצוב ממוחשב של מיקרו-מבנה פולימרים.עם מודלים רב-ממדיים, החוקרים יכולים כעת לדמות כיצד גודל מפואר, צורה, והתפלגות אוריינטציה משפיע על התפשטות האור. גישה הנדסית דיגיטלית זו מבטיחה לקצר את מחזורי הפיתוח עבור פולימרים שקוף, ביצועים גבוהים ולהפוך את מערכת היחסים הקריסטלינית-בהירות יותר מאשר אי פעם.

מסקנה

היחסים בין גבישי פולימר לבין בהירות אופטית הם איזון עדין בין סדר והפרעה. Crystallinity מקנה כוח מכני, יציבות תרמית והתנגדות כימית, אבל מציג heterogeneities אינדקס השבירה אשר מתפזר אור ולהפחית שקיפות. amorphous פולימרים מציעים בהירות שאין דומה, אבל לעתים קרובות חסר את החוסן הנדרש עבור יישומים הנדסיים.

עבור מהנדסים ומעצבי מוצר, ניתוח מתחשב של דרישות שימוש מקצה לקצה - בין אם אופטיקה נאמנות גבוהה, אריזה עמידה, או חלקי מבני משקל - צריך להנחות בחירה חומרית ואסטרטגיה לעיבוד. על ידי מיפוי בין גבישים לבין בהירות, ועל ידי שימוש בכלים מודרניים, ניתן לפתח מכשירים שלא רק לעמוד בדרישות ביצועים מחמירות, אלא גם לספק חוויות משתמש יוצאות דופן באמצעות איכות אופטית.