Kristallisation (Polymer)

Während vernetzte Polymere (Duromere, duroplastische Elastomere) immer eine amorphe Struktur aufweisen, können sich in thermoplastischen Polymeren Kristalle bilden. In den meisten Fällen liegen Bereiche mit kristalliner und Bereiche mit amorpher Struktur nebeneinander vor, man spricht dann von teilkristallinen Kunststoffen. Ausgehend von Kristallisationskeimen lagern sich die Molekülketten faltenförmig aneinander und bilden sogenannte Lamellen, welche durch amorphe Bereiche getrennt sind. Die Lamellen bilden Überstrukturen wie z. B. Sphärolithe. Neben dem Erstarrenlassen der Schmelze kann eine Kristallisation auch aus einer übersättigten Lösung erfolgen.

Die Kristallitbildung ist abhängig von den Abkühlbedingungen, den Additiven und Füllstoffen im Polymer sowie den Strömungsbedingungen während des Erstarrens. Auch eine nachträgliche Verstreckung verändert die Anordnung der Moleküle und damit die Eigenschaften des Materials.

Die Kristallisation hat erheblichen Einfluss auf die optischen, mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften des Polymers und seine Verarbeitung.

Die Kristallisation im Kunststoff erhöht dessen Dichte, Glasübergangstemperatur, Schmelztemperatur und Festigkeit. Dadurch verbessern sich auch die Dimensionsstabilität und der Widerstand gegen mechanischen Verschleiß. Gleichzeitig verringern sich der Wärmeausdehnungskoeffizient und das Eindringvermögen von Flüssigkeiten und Gasen. Diese Eigenschaften erweitern die Anwendungsgebiete der teilkristallinen Polymere. Der Kristallisationsgrad ist durch verschiedene analytische Methoden messbar. Die Eigenschaften werden jedoch nicht nur vom Kristallisationsgrad, sondern auch von der Größe der Struktureinheiten oder der Molekülorientierung bestimmt.