Введение к работе
Актуальность исследования. Проблема получения высокопрочных окомодульных ориентированных материалов на основе гибкоцепных сталлизующихся полимеров с налаженным крупнотоннажным производим имеет на сегодняшний день важное практическое значение. Для ,а полимеров, таких как полиэтилен (ПЭ), полипропилен, полиэти-:оксид, удалось в промышленном масштабе реализовать значения йогой упругости и разрывной прочности, сопоставимые по величине с доказанными теоретическими оценками указанных механических ха-;теристик. Успехи в области синтеза линейных сверхвысокомолеку-)ных полимеров, необходимых для существующих технологий получе-[ высокомодульных высокопрочных материалов, дешевизна по сравне-) с углеродными волокнами и волокнами на основе жесткоцепных по-іеров обеспечивают возможность использования данных материалов в іестве армирующего элемента композитов различного назначения.
К настоящему моменту выполнено большое количество исследова-Ї, посвященных изучению процесса ориентационной вытяжки кристал-іеских полимеров, исследованию их структуры и механических зйств. Полученные научные результаты показали, что возможность :тижения предельных значении механических характеристик заклады-;тся на начальных стадиях растяжения или даже при формировании {одной изотропной структуры материала. Вместе с тем, механизм зехода полимеров из изотропного в ориентированное состояние ос-гтся невыясненным до конца. Поэтому изучение поведения на разных стадиях процесса получения предельно вытянутого материала которых модельных соединений, допускающих варьирование в реги-рируемых пределах ряда физико-химических свойств и структурных раметров, является на сегодняшний день весьма актуальной научной цачей с точки зрения расширения имеющихся представлений о строе-и.исходных изотропных полимеров, трансформации структуры в мо-
мент возникновения ориентированного состояния и при последуюп вытяжке, обеспечивающей высокие механические показатели, для це; направленного поиска принципиально новых решений и подходов к ее данию материалов с прогнозированным комплексом физико-механичем свойств.
Цель и задачи работы. Цикл проведенных исследований был г священ сравнительному изучению строения аморфных областей, дефс мационного поведения в двух модельных системах: "слабовозмущеннс - статистическом сополимере этилена с акриловыми кислотами с и значительным ("0,1 мол.%) содержанием второго компонента и исхе ной - линейном ПЭ, синтезированном в аналогичных условиях, а так исследованию структурных особенностей сополимеров и механическ характеристик в ориентированных материалах. Выбор указанных соп лимеров обусловлен возможностью идентификации откликов, относящи ся к специфическому взаимодействию, вследствие различий в химич ской природе боковых ответвлений и основной цепи. Для исследован изотропных и ориентированных образцов применяли совокупность физ ко-химических методов, таких как изучение рентгеновского рассеян в больших и малых углах дифракции (соответственно, РРБУ и РРМУ радиотермолюминесценция (РТЛ), ИК - спектроскопия (ИКС), наряду использованием ряда дополнительных экспериментальных методик приемов.
Научная новизна. Развит комплексный подход с применением ра нообразных физико-химических методов и приемов к изучению механи ма вытяжки, основанный на сравнительном анализе результатов иссл дований деформационного поведения, структурных параметров в из тропном и ориентированном состоянии и' механических характерист растянутых материалов в двух модельных системах: исходной - гом полимере этилена - и слабовозмущенной - статистическом сополиме этилена с небольшим содержанием ("0,1 мол.%) второго компонент
орым являлись акриловые кислоты.
Использование данного подхода позволило установить закономер-ти формирования структуры аморфных областей в изотропных образ-. сополимера и линейного ПЭ и последующую трансформацию этой іуктурьі на различных стадиях ориентационной вытяжки.
Предложен способ оценки молекулярной массы (ММ) линейных гиб-[епннх кристаллизующихся полимеров, основанный на полученной для зависимости кратности вытяжки в шейке от ММ.
Показано, что на конечных стадиях вытяжки, то есть после рас->странения шейки вдоль рабочей части образца, как в сополимере, си в ПЭ, при температурах растяжения, лежащих в области эелаксационного перехода и выше, происходит значительное умень-іие поперечных размеров кристаллитов с ростом кратности вытяжки в то время как при более низких температурах растяжения эти вмеры увеличиваются по мере повышения А.
На примере сополимеров с акриловыми кислотами впервые проде-нстрировано. что монотонное возрастание продольного модуля упру-сти с увеличением степени вытяжки может сопровождаться как рос-м, так и неизменностью, начиная с некоторого конечного значения эффективных продольных размеров кристаллитов в направлении це-й, оцененных из полуширины соответствующего максимума РРБУ.
Практическая значимость. Полученные научные результаты могут ть использованы в процессах изготовления модифицированных высо-модульных пленок и волокон, применяемых в композитных материа-х.
Выполненная работа является составной частью исследований от-ла полимерных материалов НИФХИ им.Л.Я.Карпова, направленных на учение строения ориентированных полимеров.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доло-ны- и обсуждены на III и IV Всесоюзных конференциях молодых уче-
ных по физической химии (Москва. 1986,- 1990), на Международ! конференции "Полимерные сетки: синтез, структура и свойстве (Москва. 1991), на 25-ой Европейской конференции по физике макг молекул "Ориентационные явления в полимерах" (Ст.Петербург. 1992 на 10-ом Европейском симпозиуме по полимерной спектроскоп (Ст.Петербург. 1992), на научных конференциях НИФХИ им.Л.Я.Карпе (1987, 1989,1993).
Публикации. По- теме диссертации опубликовано 9 печати работ.
Личное участие автора. Основные экспериментальные измерени приведенные в диссертационной работе, выполнены автором. Первичн результаты по элементному анализу были получены Прутченко С.Г данные ИК- спектроскопии - д.х.н. Фельдманом В.И., РТЛ - д.х. Дуловым В.А. в НИФХИ им.Л.Я.Карпова, деформационные кривые бы записаны в МГУ им.М.В.Ломоносова. В постановке задач указанных и следований, обработке и интерпретации полученных экспериментальн результатов непосредственное участие принимал автор диссертации.
Синтез и молекулярно-массовый анализ исследованных в рабо полимерных систем был выполнен в ОНПО "Пластополимер".
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введі ния, пяти глав, заключения и выводов. В первой главе на основан] литературных данных рассмотрены основные представления о структу] изотропных и ориентированных кристаллизующихся полимеров, механи: ме перехода из изотропного в ориентированное состояние, причин; высоких механических показателей в растянутых полимерах. В коні данной главы сформулирована цель исследования. Для наиболее полис го решения поставленной задачи применяли разнообразные зкеперимеї тальные методики, описанные во второй главе. -В главе 3 проведеї сравнительное изучение структуры изотропных образцов сополимеров линейных ПЭ различной ММ. Глава 4 посвящена анализу рекристаллизг
гонных процессов, протекающих в процессе растяжения полимеров. В паве 5 последовательно применяется разработанный в предыдущих азделах диссертации методологический подход для изучения струк-урно-механических характеристик ориентированных сополимеров. Ос-овные итоги исследования представлены в заключении. В конце рабо-ы приведены выводы.
Материал диссертации изложен на 162 страницах машинописного екста, включая 34 рисунка, 7 таблиц и библиографический список из 62 наименований.
