做座塑料包装材料的结晶度与性能

塑料包装材料的结晶度与性能

近年来，随着生产和消费的扩大，以及市场的变革和生活水平的提高，使包装领域在包装方法(充气包装、无菌包装、微波杀菌包装、内装脱氧剂密封包装)和包装材料等方面不断发展，特别是伴随着食品、医药品种的多样化，对塑料包装材料需求量日益增大，且对其性能要求越来越高。本文结合实际工作体会，谈谈塑料包装材料的结晶度与性能的关系。

热塑性塑料中大分子链的聚集方式有两种：一种是无定型高分子，即非晶态聚合物，其分子链是无规则排列的，众多长短不一，柔性不同的大分子链，象杂乱的线团一样聚集在一起；另一种是晶态结构。近代X光衍射和电子显微镜分析证明了塑料聚合物中还存在着结晶区域。

塑料聚合物中结晶区域所占的百分比数2016年国内大部份矿石提锂公司由于环保、技改等因素致使锂精矿产量很低为结晶度。结晶度对塑料聚合物的性能有重要的影响。由于结晶区域分子链规整而紧密地排列，分子间作用力大，链运动困难，所以塑料新纶科技称聚合物的熔点、密度、强度、刚度、耐热性、抗溶剂性、阻隔性等都随着结晶度的增加而提高；而一些依赖链活动能力的性能指标，如弹性、断裂伸长率、耐冲击性能等则随着结晶度的增加而降低。正由于此，对塑料包装材料结晶度的研究有很大的意义，尤其是对成型加工过程中影响结晶度的因素的研究，对塑料包装行业来讲，就更具有现实意义和实际意义。

一、塑料包装材料的结晶度与性能

同一种塑料包装材料，由于其结晶度不同，他们的物理、机械性能有相当大的差别，例聚乙烯醇，它含有大量的羟基，对水有很大的亲和力。普通的聚乙烯醇结晶度较底(约30％左右)，由于它的结晶度较底所以遇热水就要溶解。若将聚乙烯醇在230℃热处理85分钟，其结晶度可提高到65％左右，它的耐热性和耐溶剂侵蚀性都有很大的提高，在90℃的热1是下降速度、提高输出轴扭矩水中却很少溶解。再例如聚乙烯是分子量较大的直链烃，结晶可以提高它的强度、耐热性和耐溶剂侵蚀性。

1. 力学性能

结晶度对塑料包装材料的力学性能影响很大，在玻璃化温度以下，当结晶度增加，分子链排列趋紧密，孔隙率下降，材料受到冲击后，分子链段没有活动的余地，冲击强度降低。在玻璃化温度以上，结晶度的增加使分子间的作用力增加，因而抗张强度提高，但断裂伸长率减小；在玻璃化温度以下，塑料包装材料随结晶度增加而变得很脆，抗张强度下降。另外，在玻璃化温度以上，微晶体可起物理交联作用，使链的滑移减小，因而结晶度增加可使蠕变和应力松弛降低。表1列出了不同结晶度的聚乙烯的性能，从表中可知随着结晶度的增加，其抗张强度和硬度有较大的升高，而冲击强度和断裂伸长率明显下降。

2. 密度与光学性质

晶区中的分子链排列规整，其密度大于非晶区，因而随着结晶度的增加，塑料包装材料的密度增大(见表1)。由于物质的折光率与密度有关，因此，塑料包装材料中晶区与非晶区的折光率显然不同。光线通过结晶区时，在晶区界面上必然发生折射和反射，不能直接通过。所以两相并存的结晶塑料通常呈乳白色，不透明，例聚乙烯、尼龙等。当结晶度减小时，透明度增加，那些完全非晶的塑料包装材料，通常是透明的，例聚苯乙烯等。

3．热性能

对塑料包装材料来说，在不结晶或结晶度低时，最高使用温度是玻璃化温度。当结晶度达到40％以上后，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连续相，因此在玻璃化温度Tg以上，不至软化，其最高使用温度可提高到熔点Tm。

4. 其他性能

由于塑料包装材料晶区中分子链作规整密堆积，与非晶区相比，它能更好地阻挡各种试剂的渗入。因此，塑料包装材料的结晶度高低，将影响一系列与此有关的性能。如耐溶剂性，对气体、蒸汽或液体的阻隔性。表2列出了不同塑料包装材料的结晶度对氧透过率的影响。

二、塑料包装材料结晶度与其加工成型条件

塑料包装材料的物理化学性质与结晶度有关，而结晶度又取决于加工成型的条件，我们只有掌握这些规律，就可以在实际生产中应用这些规律来改善塑料包装材料的性能，以满足该包装物品的各种性能条件。

1. 严格控制加工成型时的温度

塑料包装材料加工成型时，在不同的温度下其结晶度差别极大，而不同的结晶度具有不同的综合性能。因此塑料包装材料作为薄膜材料使用时，一般希望有较好的韧性和透明度，结晶度低而不宜高，所以加工成型时温度应控制得适当高些；若作为包装结构材料使用，则要求有足够的抗张强度和刚性，结晶度要高些为好，则成型加工时温度应控制得稍低些。所以，为了满足包装所需要的性能，除了选择不同原料外，还要在加工时严格控制加工成型的温度。

2．采用拉伸和取向来改善薄膜性能

由于塑料包装材料在薄膜拉伸、注射挤出、模压和压延等加工成型过程中，受到高压力作用，有加速结晶作用，因此在实际生产中就可以应用这一规律来提高塑料包装材料的结晶度以改善塑料薄膜的性能。例：拉伸聚丙烯和末拉伸聚丙烯薄膜其性能就有显著的差别(见表3)。表4列出了三种塑料拉伸前后几项力学性能的数据，可以看到，双向拉伸(取向)后，不仅抗张强度提高了，而且断裂伸长率和冲击强度也大幅度地提高。

3．加工成型时采取合适的冷却速度

根据上述分析，塑料包装制品成型加工时若冷却速度快，使得塑料制品里外结晶度差别很大，容易使制品变形，甚至开裂其次。因此，塑料包装制品加工过程中应采用中等冷却速度，在这种情况下，塑料制品能在较短的时间内冷却凝固形成壳层，冷却过程中接近表层的区域最早结晶，而制品内部有较长时间处于玻璃化温度Tg以上的温度范围，有利于晶核生成和晶体长大。在此种情况下，制品内部晶体生长好，结晶比较完整，结构较稳定，所以制品的稳定性好，且生产周期也较短。

三、结论

塑料包装材料的结晶度对其性能有重要的影响，一般来讲结晶度越高，晶区范围越大，分子的作用力越强，塑料包装材料的熔点，密度，强度，刚性，硬度越高，耐热性，抗溶剂性，阻隔性也越好，但与链运动有关的性能如弹性，伸长率，耐冲击性降低。我们应在塑料成型加工中掌握这一规律，并应用于实际，从而达到改善塑料包装制品的性能，以适应被包装制品的性能要求。