|
|
|
Главная --> Справочник терминов Одноосной деформации У изопрен-стирольных термоэластопластов наблюдается Одноосная ориентация молекулярных цепей. Увеличение сопротивления разрыву до 40,0 МПа и снижение остаточного удлинения до 3— 15% может быть достигнуто для ИСТ-30 за счет предварительного выдерживания в течение 18 ч растянутым на 900% [24]. Способность к переработке методом литья под давлением при повышенной температуре, которая характеризуется показателем текучести расплава (ПТР), улучшается с понижением молекулярной массы. полимеров, хрупких в неориентированном состоянии. Результаты определения механических свойств ориентированного по-лиметилметакрилата наглядно иллюстрируют степень анизотропии, которую приобретает аморфный полимер в результате вытяжки в одном направлении (одноосная ориентация). Несмотря на отсутствие кристаллитных образований в стандартных образцах полистирола структуру его можно несколько упорядочить растяжением при повышенной температуре. Растягивание образца в одном направлении (одноосная ориентация), а тем более одновременное растягивание его в двух взаимно-перпендикулярных направлениях (двухосная ориентация) способствует увеличению прочности полимера и уменьшению внутренних напряжений в нем, что приводит к повышению упругости. Поэтому одноосно ориентированный полимер применяют в виде пленок или нитей. Двухосной ориентацией листового полистирола повышают его предел прочности при растяжении на 20—30%, относительное удлинение в Ъ раз и удельную ударную вязкость в 3—6 раз. Более широкие возможности имеются для ориентации пленок, которые можно вытягивать в одном или двух взаимно перпендикулярных направлениях. Одноосная ориентация не приобрела Обычно под ориентированным состоянием полимеров принято понимать состояние, в котором имеется четко выраженная одноосная ориентация полимерных цепей. Системы, находящиеся в ориентированном состоянии, во многих отношениях можно рассматривать как одномерные или точнее квазиодномерные. К таким системам относятся волокна и одноосно ориентированные пленки, из которых также можно получать волокна (пленочные нити). В полимерных изделиях возможна ориентация цепей в одном направлении (одноосная ориентация), в плоскости (плоскостная ориентация) и т. д. Первый вид-ориентации, чаще всего встречающийся на практике, применяется в производстве как волокон, так и пленок; ориентация в плоскости характерна для пленок и достигается путем вытяжки по двум взаимно пер- Рис ]37 Ориентация диполей низкомолскуляр-пендикулярным направ- H0g жидкости в электрическом поле до нало-ЛСНИЯМ. жения поля (а) и после наложения поля (б) В полимерных изделиях возможна ориентация цепей в одном направлении (одноосная ориентация), в плоскости (плоскостная ориентация) и т. д. Первый вид-ориентации, чаще всего встречающийся на практике, применяется в производстве как волокон, так и пленок; ориентация в плоскости характерна для пленок и достигается путем вытяжки по двум взаимно пер- Рис ]37 Ориентация диполей низкомолскуляр-пендикулярным направ- H0g жидкости в электрическом поле до нало-ЛСНИЯМ. жения поля (а) и после наложения поля (б) Сильная зависимость прочности от молекулярной ориентации является основным признаком, отличающим прочностные свойства полимеров от закономерностей прочности других твердых тел. Эта зависимость особенно сильно выражена в волокнистых и пленочных материалах. В синтетических и модифицированных природных материалах путем вытяжки осуществляется либо одноосная ориентация (в волокнах), либо двухосная (в пленочных и листовых материалах). Все приведенные выше механизмы упрочнения (обусловленные введением в полимерную систему компонентов, образующих либо более стабильные, либо более лабильные связи между элементами структуры) характеризовались изотропным изменением прочности, между тем как, например, одноосная ориентация полимерного материала обеспечивает упрочнение материала в направлении вытяжки и ослабление — в перпендикулярном направлении. Такаянаги исследовал ориентированные образцы различных полимеров в виде листов до и после отжига, в том числе изгото-. вленных из-полиэтилена высокой плотности и полипропилена. Предполагалось, что во всех случаях достигалась одноосная ориентация. Измеряли продольные динамические модули упругости вдоль ( \\'1) направления вытяжки и перпендикулярно (_Lr) ему (рис. 10.24). Зависимость модуля Е0 (или \\ 1) вытянутых и отожженных образцов при высоких температурах пересекает зависимость модуля в перпендикулярном направлении. Ем (или J_r). Таким образом, хотя при низких температурах вследствие молекулярной ориентации Е0 > Е90, при высоких температурах Е0 1 — одноосная ориентация во-.локна; 2 — плоскостная ориентация волокна; з — статистическое распределение волокно. меридианальные рефлексы 281 одноосная ориентация 172 плавление 184, 185, 188, 197 степень кристалличности 174 Механизм нагружения, который не рассматривается в данной монографии, представляет собой деформирование цепных молекул под действием силы инерции, т. е. через распространяющиеся волны напряжения. Хрупкие термопластичные материалы (ПС, сополимер стирола с акрилонитрилом, ПММА) при скоростях одноосной деформации менее 3 м/с или скоростях деформирования менее 50 с~' ведут себя «классически» [30]. В данной области при увеличении скорости деформирования увеличиваются прочностные свойства и уменьшается удлинение. При скоростях деформирования 50—66 с-1 происходит переход к разрушению, вызванному волной напряжения, которая сопровождается десятикратным уменьшением кажущейся работоспособности материала [30]. Скелтон и др. [40] изучили полимеры ПА-6, ПЭТФ и ароматический полиамид (Номекс). Данные волокна также ведут себя классически при температурах окружающей среды и в интервале значений скоростей нагружения 0,01 —140 с-1'. При температурах —67 и —196°С получено уменьшение прочности, начиная со скорости нагружения 30 с~'. Наиболее часто встречающимся типом ориентации в полимерах является аксиальная текстура, которая обычно образуется, если при деформации все макромолекулы в образце располагаются параллельно друг другу. При аксиальной текстуре направление цепей совпадает с осью текстуры; в экваториальной плоскости все направления цепей равноценны или, иначе говоря, свойства образца изменяются одинаково во всех направлениях, проведенных в Этой плоскости от оси текстуры, Аксиальная текстура встречается у большинства природных и синтетических волокон. Многие пленки после одноосной деформации так!ке обнаруживают такую Ориентацию. Молекулярной структуре изотактического полипропилена с относительно низкой регулярностью упаковки цепей посвящено исследование Натта с сотрудниками [17], которые обозначили ее как смектически-мезоморфную модификацию. Собуэ и Табата [18], также изучавшие смектическую структуру, назвали ее новой кристаллической структурой. Такая структура характеризуется тем, что три главных экваториальных рефлекса, появившиеся как результат одноосной деформации изотропной системы, сливаются в один (рис. 4.10) с максимумом расстояния между экваториальными рефлексами 6,12 А. Смектическая структура устойчива при Волокнообразующими свойствами обладают полимеры с линейной структурой, т. е. с очень длинными (вытянутыми) макромолекулами, при взаимном упорядочении которых возникают межмолекулярные связи, препятствующие скольжению их и повышающие сопротивление одноосной деформации волокна, что способствует его более глубокой ориентации. До появления изотактического полипропилена считалось, что текстильные волокна с высокими физико-механическими свойствами можно получить только в том случае, если в линейных макромолекулах имеются группы, которые отличаются способностью к ассоциации. Высокую разрывную прочность найлона объясняли образованием межмолекулярных водородных мостиков. В отсутствие их, например в случае полиэтилентерефталатных и полиакрилонитрильных волокон, межмолекулярные силы возникают между полярными группами соседних макроцепей. В последнее время довольно большое внимание уделяется проблеме рационального охлаждения нити под фильерой. Так, например, Компостелла с сотрудниками [39] показали, что при строго определенных условиях охлаждения формующейся нити можно получить невытянутые волокна с так называемой паракристалли-ческой, или смектической, молекулярной структурой, тогда как без охлаждения нити под фильерой получаются волокна нормальной кристаллической структуры. В результате последующей одноосной деформации невытянутых волокон термодинамически малоустойчивой паракристаллической структуры могут быть получены волокна с отличными эксплуатационными свойствами. Отсюда для одноосной деформации растяжения — сжатия следует уравнение, обычно называемое уравнением Муни- — Ривлина Наиболее часто применяемый режим деформации — периодическая деформация с симметричным циклом. Если задан закон для одноосной деформации растяжения — сжатия (симметричный цикл) в виде е = 8о sin co?, то периодически симметрично изменяющееся напряжение а = Наиболее часто встречающимся типом ориентации в полимерах является аксиальная текстура, которая обычно образуется, если при деформации все макромолекулы в образце располагаются параллельно друг другу. При аксиально» текстуре направление цепей совпадает с осью текстуры; в экваториальной плоскости все направления цепей равноценны или, иначе говоря, свойства образца изменяются одинаково во всех направлениях, проведенных в Этой плоскости От оси текстуры. Аксиальная текстура встречается у большинства природных и синтетических волокон. Многие пленки после одноосной деформации также обнаруживают такую Ориентацию. Наиболее часто встречающимся типом ориентации в полимера: является аксиальная текстура, которая обычно образуется, есл] при деформации все макромолекулы в образце р а сполз га юте; параллельно друг другу. При аксиально» текстуре направлена цепей совпадает с осью текстуры; в экваториальной плоскости Bd направления цепей равноценны или, иначе говоря, свойства об разца изменяются одинаково во всех направлениях, проаедеггцы. в Этой плоскости От оси текстуры. Аксиальная текстура встречаете1 у большинства природных и синтетических волокон. Многие пленк! после одноосной деформации также обнаруживают такую Ориен тацию. Исходя из представлений о пачечной структуре полимеров и о разнообразии высших морфологических структур, можно также предположить, что механокрекинг первоначально направлен по «проходным» цепям, соединяющим пачки, сферолиты или иные надмолекулярные структуры, а затем по мере их распада при диспергировании — в соответствии с общими закономерностями. Дальнейшее уточнение этих представлений возможно после накопления экспериментальных данных о поведении надмолекулярных структур в процессе диспергирования. В настоящее время известно лишь, что разрушение застеклованных полимеров происходит не только но границам надмолекулярных образований, но и непосредственно по элементам этих структур [180]. Ряд работ последних лет [41—43, 77, 181—189] позволил уяснить многие вопросы разрушения полимеров, например: несоизмеримо большие затраты энергии на деформацию полимеров, предшествующую разрушению, чем собственно на разрушение и образование новой поверхности, некую корреляцию между плотностью упаковки — числом цепей, проходящих через единицу площади сечения, и .прочностью, большую долю разрыва химических связей при большей ориентации, представление о том, что (Гебщ = сгг7+сГб, т. е. полное напряжение есть сумма энергетического и энтропийного эффектов, причем первый уменьшается во времени после нагружения, а второй возрастает и т. д. Показано также, что в зависимости от природы полимера разрыв может происходить преимущественно по проходным цепям (капрон) или по межмолекулярным связям (лавсан). Все это может быть учтено при обсуждении результатов в дальнейшем, но не может подробно рассматриваться в данном случае. К тому же следует заметить, что большинство данных относится к одноосной деформации — проблеме прочности, а статистический характер разрушения при механодиспергировании накладывает существенную специфику. Если многократная деформация осуществляется в одном направлении с постоянной амплитудой при низкой температуре, то акты перестройки лабильных полисулыфидяых связей «приспосабливаются» к одноосной деформации, и дополнительная сетка укрепляет исходную в направлении действия внешней силы, вызы-  Одновременно добавляют Одновременно несколько Обратного воздушного Одновременно приготовляют Одновременно пропускают Обеспечивает сохранение Одновременно растворителем Одновременно увеличивается Однозначно определять |
- |
Навигация