تبلور پلیمرها
تبلور پلیمرها (به انگلیسی: Crystallization of polymers) فرایندی است که با ترازبندی نیمه کامل زنجیره‌های مولکولی آنها همراه است. این زنجیره‌ها با هم جمع می‌شوند و مناطق مرتب شده‌ای به نام لاملا () را تشکیل می‌دهند که ساختارهای کروی بزرگتری به نام اسفرولیت‌ها () را تشکیل می‌دهند. پلیمرها می‌توانند به محض خنک شدن از فرایند ذوب با کشش مکانیکی یا تبخیر حلال متبلور شوند. تبلور بر خصوصیات نوری، مکانیکی، حرارتی و شیمیایی پلیمر تأثیر می‌گذارد. درجه کریستالی با روشهای مختلف تحلیلی تخمین زده می‌شود و به‌طور معمول بین ۱۰ تا ۸۰ درصد است، پلیمرهای متبلور اغلب «نیمه کریستال» نامیده می‌شوند. خواص پلیمرهای نیمه کریستال نه تنها با درجه نیمه کریستالی بودن، بلکه با اندازه و جهت‌گیری زنجیره‌های مولکولی نیز تعیین می‌شود.
پلیمرها از زنجیره‌های طولانی مولکولی تشکیل شده‌اند که مارپیچ های(coils) نامنظم و در هم پیچیده‌ای را در مذاب تشکیل می‌دهند. بعضی از پلیمرها هنگام انجماد چنین ساختار بی نظمی را حفظ کرده و به راحتی به جامدات بی‌شکل تبدیل می‌شوند. در سایر پلیمرها، زنجیره‌ها هنگام انجماد مجدداً مرتب می‌شوند و مناطق مرتب شده با اندازه معمولی ۱ میکرومتر را تشکیل می‌دهند. از نظر انرژی برای زنجیرهای پلیمری تراز موازی بودن مطلوب خواهد بود و درهم آمیختگی مانع چنین ترازی می‌شود؛ بنابراین، در مناطق مرتب شده، زنجیرهای پلیمری هم تراز شده و هم تا می‌شوند؛ بنابراین این مناطق نه بلوری و نه آمورف هستند و به عنوان نیمه کریستال طبقه‌بندی می‌شوند. نمونه‌هایی از پلیمرهای نیمه بلورین عبارتند از: پلی اتیلن خطی (PE)، پلی اتیلن ترفتالات (PET)، پلی تترا فلورواتیلن (PTFE) یا پلی پروپیلن ایزوتاکتیک (PP)
بخشی از مولکولهای مرتب شده در پلیمر با درجه تبلور مشخص می‌شود که به‌طور معمول بین ۱۰ تا ۸۰ درصد است. مقادیر بالاتر فقط در موادی حاصل می‌شود با مولکول‌های کوچک که معمولاً شکننده هستند یا در نمونه‌هایی که برای مدت طولانی در دمای زیر ذوب ذخیره می‌شوند، روش دوم پرهزینه است و فقط در موارد خاص اعمال می‌شود.
روش‌های ارزیابی درجه تبلور شامل اندازه‌گیری تراکم، کالریمتری اسکن دیفرانسیل (DSC)، پراش اشعه Xو (XRD)، طیف‌سنجی مادون قرمز و تشدید مغناطیسی هسته ای (NMR) است. مقدار اندازه‌گیری شده به روش استفاده شده بستگی دارد، بنابراین به همراه درجه تبلور نقل می‌شود. در زیر دمای انتقال شیشه(T)، پلیمرهای آمورف به دلیل تحرک کم مولکول‌هایشان معمولاً سخت و شکننده هستند. افزایش دما باعث حرکت مولکولی و در نتیجه ایجاد خواص الاستیک می‌شود. یک نیروی ثابت به یک پلیمر در دمای بالاتر از T باعث تغییر شکل ویسکوالاستیک، به عنوان مثال، پلیمر شروع به خزش می‌کند. مقاومت در برابر حرارت معمولاً برای پلیمرهای آمورف دقیقاً زیر دمای انتقال شیشه داده می‌شود.
نیروهای بین مولکولی نسبتاً قوی در پلیمرهای نیمه کریستالی از نرم شدن حتی بالاتر از دمای انتقال شیشه جلوگیری می‌کنند. مدول الاستیک آنها فقط در دمای بالا (ذوب) به‌طور قابل توجهی تغییر می‌کند. این امر همچنین به درجه تبلور بستگی دارد: تبلور بالاتر منجر به ماده سخت‌تر و با ثبات حرارتی، بلکه شکننده تر می‌شود، در حالی که مناطق آمورف خاصیت ارتجاعی و ضربه ای دارند. یکی دیگر از ویژگی‌های مشخصه پلیمرهای نیمه کریستالی، ناهمسانگردی قوی خواص مکانیکی آنها در امتداد جهت تراز مولکولی و عمود بر آن است.
بالای دمای انتقال شیشه، زنجیره‌های آمورف در یک پلیمر نیمه کریستال شکل‌پذیر هستند و قادر به تغییر شکل پلاستیک هستند. نواحی کریستالی پلیمر توسط مناطق بی‌شکل به هم پیوند می‌خورند. مولکول‌های گره از جدا شدن فازهای آمورف و کریستالی تحت بار وارد شده جلوگیری می‌کنند. هنگامی که یک تنش کششی اعمال می‌شود، ابتدا پلیمر نیمه بلورین تغییر شکل الاستیک می‌دهد. در حالی که مناطق کریستالی تحت تأثیر تنش اعمال نشده باقی می‌مانند، زنجیره‌های مولکولی فاز آمورف کشیده می‌شوند. سپس انعطاف‌پذیری(yielding)، که نشان دهنده تغییر شکل پلاستیک مناطق بلوری است، رخ می‌دهد.
مکانیسم مولکولی برای انعطاف‌پذیری نیمه کریستال شامل تغییر شکل مناطق کریستالی ماده از طریق حرکت دررفتگی است. دررفتگی‌ها منجر به لغزش‌های درشت یا ظریف در پلیمر می‌شود و منجر به تکه‌تکه شدن و انعطاف می‌شود. لغزش ظریف مانند مقدار کمی لغزش در تعداد زیادی هواپیما اتفاق می‌افتد. برعکس، لغزش درشت مقدار زیادی لغزش در چند هواپیما است. میزان انعطاف‌پذیری با ایجاد دررفتگی و مقاومت آنها در برابر حرکت تعیین می‌شود.
نقص‌های دیگر مانند حفره‌ها در پلیمر نیمه کریستال تحت تنش کششی رخ می‌دهد و می‌تواند باعث تشکیل گردن شود. فضاهای خالی را می‌توان از طریق پراکندگی اشعه ایکس با زاویه کوچک مشاهده کرد. برخلاف شکاف‌ها، این فضاهای خالی تنش‌ها را انتقال نمی‌دهند. . به‌طور قابل توجهی، حفره ای تحت تنش فشاری یا برشی مشاهده نمی‌شود. شواهد نشان می‌دهد که حفره زدن بر شروع انعطاف‌پذیری نیز تأثیر می‌گذارد. حفره‌ها با شکستن فاز آمورف مرتبط هستند. مقاومت فاز بلوری اهمیت کاویتاسیون در بازده را تعیین می‌کند. اگر ساختارهای بلوری ضعیف باشند، به راحتی تغییر شکل می‌دهند و منجر به انعطاف می‌شوند. پلیمرهای نیمه کریستالی با نواحی متبلور قوی در برابر تغییر شکل و ایجاد حفره، تشکیل حفره‌ها در فاز آمورف مقاومت می‌کنند و باعث انعطاف می‌شوند. مانند مواد کریستالی، ذرات را می‌توان به پلیمرهای نیمه کریستالی اضافه کرد تا خصوصیات مکانیکی را تغییر دهد. در مواد کریستالی افزودن ذرات برای جلوگیری از حرکت دررفتگی و تقویت مواد کار می‌کند. با این حال، برای بسیاری از پلیمرهای نیمه کریستال، مواد پرکننده ذرات مواد را ضعیف می‌کنند. پلیمرهای کریستالی پلی پروپیلن و پلی اتیلن تقویت کننده ذرات را نمایش می‌دهند.
پلیمرهای کریستالی معمولاً به دلیل پراکندگی نور در مرزهای متعدد بین مناطق بلوری و آمورف، مات هستند. چگالی این مرزها کمتر است و در نتیجه، شفافیت بالاتر است. بلورینگی همچنین بر رنگ آمیزی پلیمرها تأثیر می‌گذارد: رنگ آمیزی پلیمرهای کریستالی دشوارتر از آمورف است زیرا مولکول‌های رنگ با سهولت بیشتری در مناطق آمورف نفوذ می‌کنند.