Cristalinos - Polímeros termoplásticos, elastómeros y aditivos

En varios polímeros, la secuenciación regular de las unidades repetidas permite que los elementos de las cadenas vecinas se empaqueten juntos en una configuración preferida de menor energía. Dicho empaquetamiento puede romperse mediante trabajo mecánico, pero generalmente esto se logra calentando el polímero por encima de su punto de fusión. En la fase sólida, estas regiones localmente ordenadas, o cristalitos, actúan como reticulaciones físicas, evitando la disolución de la red molecular en presencia de disolventes. La cristalinidad también mejora el rendimiento del polímero a alta temperatura y, en particular, proporciona una resistencia adicional a fenómenos a largo plazo como la fluencia bajo carga. Los polímeros semicristalinos útiles contienen habitualmente entre el 5 y el 50% del polímero en la fase cristalina. Si la cristalinidad es demasiado baja, no se observan los beneficios de la red de reticulación física; si es demasiado alto, la fase cristalina restringe severamente la capacidad de absorción de energía de las regiones amorfas y el polímero puede, en consecuencia, ser frágil. El nivel óptimo de cristalinidad para un polímero termoplástico que se utilizará como matriz para materiales compuestos parece estar entre el 20 y el 35%. Los polímeros termoplásticos semicristalinos como matrices para compuestos de alto rendimiento son una familia pequeña, pero de rápido crecimiento. Las ventajas de la cristalinidad se compensan con algunos problemas. El problema más obvio es cómo preimpregnar las fibras con resinas cuya propia naturaleza impide que se disuelvan fácilmente y, por lo tanto, sean susceptibles de procesamiento en solución convencional. Otras dificultades surgen del estrecho empaquetamiento de las cadenas en las regiones cristalinas. Este empaquetamiento cerrado generalmente significa un gran cambio de densidad a medida que la masa fundida se solidifica. La alta densidad de las regiones cristalinas en comparación con la fase amorfa en la que están suspendidas significa que esas diferentes regiones dispersarán la luz de manera diferente, por lo que la resina parece opaca: un polímero donde esto no ocurre es el poli (4-metil penteno- 1), donde las fases cristalina y amorfa dispersan la luz por igual. En un sistema compuesto con un alto contenido de relleno, la opacidad de la fase de la matriz no suele ser motivo de preocupación, aunque puede limitar algunas aplicaciones con fibras transparentes. Sin embargo, la contracción diferencial entre las fases amorfa y cristalina tiende a conferir un acabado superficial ligeramente mate a las molduras, y los materiales compuestos hechos con matrices semicristalinas tienden a tener cosméticos menos satisfactorios que sus primos amorfos. Un factor que a veces causa preocupación es que el nivel de cristalinidad en tales polímeros puede variar según las diferencias en la historia del procesamiento: el enfriamiento rápido de la masa fundida provoca una baja cristalinidad; El enfriamiento muy lento o el recocido cerca del punto de fusión pueden conducir a una cristalinidad excesiva. Los sistemas preferidos tienen una amplia ventana de procesamiento dentro de la cual se logra la cristalinidad óptima. El estudio de la cristalinidad en los polímeros es el tema de muchos tratados científicos y, como resultado, existe una gran experiencia en la que basarse para resolver estos problemas. Los polímeros semicristalinos tienen orden en varios niveles. Las más evidentes son las familias de cristalidades que se originan en un punto de nucleación y crecen de forma esferulítica. La estructura esferulítica se demuestra fácilmente y el tamaño puede cambiarse por variaciones en el historial de procesamiento. Las esferulitas no son los principales determinantes de las propiedades de los polímeros semicristalinos: es el nivel de cristalinidad el factor más importante.