Grado di cristallinità

Il grado di cristallinità di un materiale (spesso indicato con "ϰ") è una grandezza che indica la percentuale di materiale che si trova allo stato cristallino rispetto alla quantità totale.

A seconda del modo in cui esprimiamo la quantità di materiale, si parla più precisamente di grado di cristallinità "massico" (ϰm) oppure "volumetrico" (ϰv).

I valori del grado di cristallinità dipendono sia dalla natura chimica del materiale sia dal modo in cui esso è prodotto, lavorato e utilizzato.

In generale, il grado di cristallinità varia da 0 (per materiali completamente amorfi) a 1 (per materiali completamente cristallini). I materiali che presentano valori del grado di cristallinità compresi tra 0 e 1 sono detti "semicristallini".

Misura del grado di cristallinità

modifica
 
Variazione del volume specifico con la temperatura per un materiale amorfo, semicristallino e cristallino. Sono indicate la temperatura di fusione (Tm e Tm') e la temperatura di transizione vetrosa (Tg).

Per la stima del grado di cristallinità si possono utilizzare le seguenti metodologie:

In particolare la densimetria è una tecnica che consiste nell'indagare la variazione del volume specifico al variare della temperatura; dai risultati di tale metodica è possibile stabilire se un materiale è amorfo, semicristallino o cristallino:

  • nel caso di un materiale amorfo, si ha un aumento graduale del volume specifico, con una variazione di pendenza in corrispondenza della temperatura di transizione vetrosa;
  • nel caso di un materiale cristallino, si ha una brusca variazione di pendenza in corrispondenza della temperatura di fusione; infatti in corrispondenza della temperatura di fusione avviene una trasformazione di fase solido-liquido a temperatura costante;
  • nel caso di un materiale semicristallino, si ha un comportamento intermedio tra i due casi precedenti.

Cristallinità dei polimeri

modifica
 
Struttura microscopica di una sferulite di una materia plastica: si notano zone cristalline ("a zig-zag") inserite all'interno di zone amorfe. Una stessa macromolecola in genere presenta zone nella fase amorfa e zone nella fase cristallina.

Le materie plastiche sono costituite da lunghe catene polimeriche; il grado di cristallinità dei materiali polimerici è maggiore se tali catene polimeriche sono allineate tra loro. La presenza nella macromolecola di gruppi funzionali stericamente ingombranti e la mancanza di tassia ostacolano l'allineamento delle catene polimeriche, quindi abbassano il grado di cristallinità.

Quindi i polimeri sindiotattici presentano maggiore cristallinità rispetto ai polimeri atattici.[1]

Nel caso delle materie plastiche, il grado di cristallinità è in genere intorno al 20÷80%.[2] Nel caso del polietilene ad alta densità (HDPE) si possono raggiungere valori intorno al 95%. Anche le fibre aramidiche (tra cui Nomex e Kevlar) presentano elevati valori di cristallinità.[1]

Cristallinità delle rocce

modifica

In ambito geologico, le rocce possono essere classificate nelle seguenti categorie, in base al loro grado di cristallinità:

  • rocce olocristalline: completamente cristalline;
  • rocce ipocristalline: parzialmente cristalline; i cristalli sono immersi in una matrice amorfa;
  • rocce ipoialine: parzialmente amorfe;
  • rocce oloialine: completamente amorfe (ad esempio ossidiana).

Influenza del grado di cristallinità sulle proprietà del materiale

modifica

Materiali con un alto grado di cristallinità sono in genere più duri, più densi, meno trasparenti e presentano un coefficiente di diffusione di materia minore.

Ad esempio, il PET in forma cristallina presenta una densità di 1,499 g/cm3, mentre in forma amorfa presenta una densità di 1,336 g/cm3.[3]

  1. ^ a b Copia archiviata (PDF), su chifis1.unipv.it. URL consultato il 14 febbraio 2011 (archiviato dall'url originale il 10 maggio 2006).
  2. ^ Jo Perez, Matériaux non cristallins et science du désordre, PPUR, coll. « sciences appliquées INSA Lyon », Losanna, 2001 (ISBN 2880744857), p. 201.
  3. ^ Polymer Handbook, IV Edition, Brandrup J., Immergut E.H., Grulke E.A., Wiley Interscience

Bibliografia

modifica

Voci correlate

modifica

Altri progetti

modifica

Collegamenti esterni

modifica