高分子
球晶(spherulite)
/ SFEER-you-lite /
當熔融的半結晶高分子冷卻凝固時,它的晶體並不是長成一整大塊。反而是從許多分開的起始點向外萌發,每一個都長成一顆由帶狀晶片朝四面八方輻射組成的小球——相當像蒲公英的種球或海膽。這些球就是球晶,它們一直長到撞上鄰居、填滿所有空間為止。在偏光顯微鏡下,每顆球晶都顯出醒目的深色馬爾他十字圖樣。
放大來看,一顆球晶是由許多薄薄的、鏈摺疊的結晶疊層(那些有序的帶狀晶片)從中央晶核向外輻射生長,而無序的非晶高分子填在它們之間的空隙。所以一顆球晶本身是部分結晶、部分非晶的。球晶在許多點成核、向外生長,並在與鄰居相遇處停止,鋪滿整個固體——這使它們成為凝固金屬中晶粒在高分子世界的近親。依材料冷卻方式不同,它們的直徑從幾微米到幾毫米不等。
它之所以重要,是因為球晶尺寸掌控兩項日常性質。大球晶的尺寸與光的波長相當,所以會散射光、讓塑膠看起來霧濛濛或不透明;小球晶則讓塑膠保持較清澈。而由於球晶相遇的邊界可能是弱點區域,球晶尺寸也影響韌性。工程師透過冷卻速率(快速冷卻給出許多小球晶)以及加入成核劑來控制它。有一點要誠實澄清:球晶看起來像單晶,其實不是——它是許多微小疊層晶體加上非晶物質的聚集體,這正是為什麼高分子頂多只能是半結晶。
把一個聚丙烯零件慢慢冷卻,它會形成大顆的球晶,成品霧濛且偏脆;把同樣的高分子快速淬冷,它會形成許多微小的球晶,成品較清澈也較韌——同樣的塑膠,不同的微觀組織。
球晶是由結晶帶狀晶片組成的球狀束,填滿凝固的高分子,就像晶粒填滿金屬。
球晶不是單晶——它是許多鏈摺疊疊層加上非晶物質的聚集體。它的尺寸由冷卻速率決定,並主宰霧度(大=不透明)與韌性。
又稱
另見