Сферолиты и монокристаллы

Для целей настоящей статьи удобно связать классификацию органических твердых веществ со степенью упорядоченности или неупорядоченности в расположении их молекул. При такой классификации достаточна подразделить вещества на три широких класса, а именно на стеклообразные, кристаллические и текстурированные. К первым двум классам применимы понятия соответственно полной неупорядоченности и совершенного порядка в расположении составляющих молекул. К первому классу, стеклам, относятся такие твердые вещества, у которых средние положения молекул исключают наличие дальнего порядка. Если молекулы расположены так, что образуют характерную картину дальнего порядка, близко приближающуюся к пространственной решетке, то твердое вещество можно отнести ко второму классу — кристаллическим веществам. Пространственная решетка представляет собой идеализированный неограниченный в пространстве совершенный кристалл. Реальные кристаллы имеют многие несовершенства, дефекты, нарушения и другие виды неупорядоченности. Однако такого типа неупорядоченность может создаваться или строго локальными образованиями и особенностями, или нарушениями пространственной решетки, или же отсутствием ориентационной упорядоченности молекул. Твердые вещества могут быть отнесены к третьему классу, текстурированным веществам, в том случае, если несовершенства и неупорядоченность в расположении молекул достигают, не приводя к полному беспорядку, существующему в стеклах, такой степени, что использование пространственной решетки для описания структуры становится бесполезным. К текстурированным твердым веществам относятся, например, вещества, образующие сферолит-ные структуры, составляющие кристаллиты которых агрегированы не беспорядочно, а могут рассматриваться как элементы сложного монокристалла [53]. Следует обратить внимание на тот факт, что внимание исследователей пока ограничивалось фактически только поверхностью кристаллов, и остается лишь надеяться, что в ближайшем будущем исследования поверхностей коснутся также органических стекол и текстурированных твердых веществ. [c.361]

Морфология гексагонального селена, закристаллизованного из расплава, характеризуется наличием либо сферолит-ной, либо монокристаллической структуры. Новая техника выращивания больших монокристаллов развита Харрисоном (1965), который использовал для этого кристаллизацию при высоких давлениях. Влияние размеров кристаллов и их совершенства на теплоемкость селена пока не исследовано. [c.141]

Наименее изучена в настоящее время проблема связи между идеальными монокристаллами, растущими из разбавленных растворов и достаточно полно охарактеризованными, и более сложными структурами, обнаруживаемыми в образцах, закристаллизованных из расплава. Однако именно последние представляют наибольший практический интерес и именно этим структурам в настоящее время посвящено большинство исследований по кристаллизации полимера. На рис. 17 приведена схема, цель которой объединить большую часть из описанных выше кристаллических структур. Эта схема будет служить рабочей моделью в последующем изложении. Последняя работа Палмера и сотр., в которой использованы методы химического воздействия на полимеры для выделения структурных элементов из блоков полимеров, в значительной степени подтверждает предложенную схему. Но ввиду недостаточности наших знаний о морфологии полимеров эту схему следует рассматривать только как приблизительную. Существенно, что основной упор делается на сферолит или на его предшественников как на доминирующие структурные образования. Хотя сферолит может состоять из таких структурных элементов, как фибриллы или кристаллит, в любых кинетических исследованиях кристаллизации полимеров именно зарождение и рост сферолитов являются стадией, определяющей скорость процесса. [c.52]

Ламелярный (или пластинчатый) механизм кристаллизации наблюдается, например, для полиэтилена (рис. 19), однако единичные правильно ограненные монокристаллы образуются лишь при кристаллизации в разбавленных растворах. В других условиях ламели входят как составные части в более сложные кристаллические образования фибриллы, сферолиты, дендриты, зерна и др. Морфология сложных кристаллических образований зависит от условий процесса кристаллизации. В отсутствие внешних деформаций или при очень малых удлинениях (до 20%) кристаллизация идет в основном по сферолит-ному механизму. Образование менее правильных, чем монокристаллы, сферолитов в условиях высокой вязкости среды и малой подвижности первичных элементов кристаллических структур является кинетически более выгодным. [c.46]

Взаимосвязь между эффектом складывания цепей и структурой кристаллических полимеров в блоке до сих пор однозначно не установлена , однако результаты опытов с монокристаллами убеждают в том, что основной структурной ячейкой является ламель со сложенными цепями [91. При охлаждении расплава полимера кристаллизация начинается на зародышах в различных точках объема образца. Считают, что кристаллизация развивается от центрального ядра во всех направлениях путем скручивания ламелей вдоль фибрилл, что схематически показано на рис. 1.12. Самой крупной структурной единицей, вырастающей из ядра, является сферолит. [c.20]

Принимая во внимание то обстоятельство, что ламелярные кристаллы растут в радиальном направлении сферолитов, причем молекулярные цепочки ориентированы приблизительно перпендикулярно к поверхности ламелей, можно сделать вывод о том, что ламели, как и в случае монокристаллов, представляют собой кристаллы со сложенными цепями. Поскольку, кроме того, оси макромолекул расположены перпендикулярно радиусу сферолита (см. выше), можно предложить модель молекулярной ориентации в сферолите полиэтилена, показанную на рис. III.76. Эта модель позволяет также хорошо объяснить упоминавшееся выше явление, двулучепреломления [3, 4]. Следовательно, образование сфёроли-тов возможно в том случае, когда кристаллизация из расплава также протекает по механизму складывания макромолекул, что исключает возможность применения модели бахромчатой мицеллы . По-видимому, если бы другие исследователи обладали интуицией Келлера, то они смогли бы, установив характер молекулярной ориентации в кристаллах полимеров, полученных из расплава, предложить модель складывания цепей еще до того, как были открыты полимерные монокристаллы. [c.251]

С учетом того обстоятельства, что сферолиты не являются полностью кристаллическими образованиями, можно предположить, что такой подход, по крайней мере феноменологически, является оправданным. Однако необходимо заметить, что экспериментальное определение скорости возникновения зародышей сферолитов связано с большими трудностями, к тому же нет полной уверенности в том, соответствуют ли результаты экспериментальных наблюдений истинному механизму зародышеобразования и роста сферолитов. В частности, такой подход предполагает линейный рост кристаллов из одного зародыша, находяш,егося в центре сферолита, по радиусу во всех нанравлениях в пространстве, в результате чего образуется трехмерный сферолит. В то же время, как уже указывалось ранее, сферолиты, по крайней мере в случае полиэтилена, состоят из кристаллических образований игольчатого типа, напоминаюш их монокристаллы, длинные оси которых ориентированы в радиальном направлении [6] (см. рис. 111.84), характер агрегации которых напоминает расположение черепицы на крыше. Единственным следствием этого может быть предположение о том, что зародыши кристаллизации образуются в радиальном направлении сферолитов. Кроме того, следует также принимать во внимание возможное влияние скручивания ламелей на кажущуюся скорость линейного роста сферолитов в радиальном направлении. Таким образом, процесс образова-. ния сферолитов не остается неизменным на всем протяжении кристаллизации [36]. В ходе кристаллизации происходит непрерывное зарождение сферолитов, рост которых, естественно, прекращается после их столкновения друг с другом, тогда как внутри сферолитов продолжается процесс возрастания плотности. [c.267]

Некоторые формы надмолекулярной структуры полимеров глобулярная (а), фибриллярная (б) и дендритная (в) формы в аморфном полимере (сополимер диэтилового эфира винилфосфиновой кислоты с акриловой кислотой) фибриллярный сферолит полиамида (г) пластинчатый сферолит изотактического полистирола (9) отдельный сферолит (е) и сферолитная лепта ( к-) изотактического полистирола (в поляризованном свете) сферолиты и кристаллы изотактического полибутилепа (з) монокристалл полиэтилена (и) глобулярный монокристалл вируса некроза табака (к) различные формы надмолекулярной структуры изотактического кристаллического полипропилена (л, м, н) и соответствующие им диаграммы растяжения (о). [c.161]

Закристаллизованные области в полимерном теле обычно оптически анизотропны. Эта анизотропия вызвана анизотропным ориентационным и координационным порядком в расположении цепных молекул в кристаллич. решетке полимера. Картина возникающего при этом Д. л. зависит от характера надмолекулярных структур, образовавшихся в закристаллизованном полимере. В фибриллярных структурах наблюдается осевой ориентационный молекулярный порядок и соответственно оптич. анизотропия, ось к-рой направлена вдоль по фибрилле (волокну). При этом знак Д. л. определяется знаком анизотропии цепных молекул, а значение Д. л. может служить мерой средней степепи их ориентации в волокне (фибрилле). Широко распространенным типом кристаллич. форм, обнаруживаемых в микроскоп по их Д. л., являются сферолиты. При наблюдении сферолита, полученного кристаллизацией полимера в тонком слое, в параллельных лучах и скрещенных поляроидах виден темный крест, центр к-рого совпадает с центром сферолита, а оси параллельны плоскостям поляризатора и анализатора. Малое значение Д. л. у сферолитов означает, что степень упорядоченности субмикроскопич. монокристаллов в них невелика. Если известен знак оптич. анизотропии молекул полимера, то по знаку Д. л. сферолита можно судить о направлении в нем молекулярных цепей. Так, отрицательное Д. л. сферолитов полиэтилена соответствует тому, что его положительно анизотропные молекулы ориентированы в сферолите в тангенциальных направлениях (вдоль оси с кристалла). [c.332]

Образование сферолитов при кристаллизации некоторых высокомолекулярных соединений Кейт и Падден [17, 18] объяснили полидисперсностью и высокой вязкостью расплавов. Сферолиты образуются фибриллами, рас-ходяш,имися из центра. Рост и многократное нерегулярное ветвление расходящихся из одного центра фибрилл приводят к образованию относительно компактной сферолитной структуры. В каждом сферолите кристаллические субъединицы ориентированы вдоль радиусов. Обычный переход от монокристаллов к растущим сферолитам и образование фибриллярных кристаллических структур были объяснены этими авторами расслоением различного рода включений на поверхностях растущих кристаллов. Подобный эффект играет, вероятно, важную роль также и при нерегулярном образовании ответвлений. Такие включения, могущие оказаться эффективными при изменении характера роста кристаллов, представляют собой низкомолекулярные соединения, разветвленные молекулы и молекулы с малой степенью тактичности. В соответствии с этим полидисперсность является одним из важных факторов, определяющих образование сферолитов. [c.10]

Изменение надмолекулярной структуры полимеров, а именно степени кристалличности [10], размера сфе-ролитов [10, 11], упорядоченности монокристаллов в сферолите [12 13, с. 209 14], распределения их по размерам 1[15], переход от глобул к фибриллам [14], наконец, упорядочение аморфных полимеров при их вылежке [16, 17] влияют на механические овойства по-лимеро(В, что рассмотрено в ряде обзорных и экспериментальных работ [15, 18, 19]. [c.18]

Сферолит — сферически-симметричное образование, представляющее собой совокупность пластинчатых монокристаллов — ламелей. Ламели организованы в сферолите таким образом, что они выстраиваются вдоль радиальных направлений от центра сферолита. Размеры сферолитов намного превышают размеры монокристаллов и достигают 1 см в диаметре. Важнейшими элементами сферолита являются фибриллы — волокнистые структуры, начинающиеся в центре сферолита и ориентированные радиально именно фибриллы организуют ламели и обеспечивают их радиальную ориентацию. [c.12]

Существенно, что сферолит не является монокристаллом. Идеальный монокристалл можно расщепить на меньшие частицы, кристаллические грани которых закономерно связаны с гранями исходного кристалла. Очевидно, что это невозможно для сферически симметричных образований. Из этого следует, что сферолиты должны представлять собой агрегаты меньших кристалликов, которые в действительности являются рассмотренными выше кристаллитами. Размеры кристаллитов лежат в пределах Ю —10 см, а размеры сферолитов существенно превышают эти величины. Судя по имеющимся в настоящее время данным, верхний предел размеров сферолитов 1 см, но, по-види-мому, и эта величина может быть превышена. В принципе, для того чтобы этого добиться, нужно уменьшить концентрацию зародышей кристаллизации. Однако любые практические попытки такого рода неизбежно связаны с эмпирическим подходом, поскольку в настоящее время факторы, определяющие концентрацию зародышей, изучены недостаточно. [c.30]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология