Введение к работе
Актуальность проблемы. Отличительной чертой современного научно-технического прогресса является широкое применение полимерных материалов. Набор уникальных свойств, которыми обладают природные полимеры, может быть расширен путем синтеза нооых или модификации известных полимерных материалов. Важным направлением этой деятельности является создание ориентированных полимерных систем, обладающих улучшенными прочностными и упругими свойствами, которые в совокупности с низкой плотностью придают высокие потребительские качества изделиям из этих материалов.
Многочисленные исследования, проводимые в последние 20-30 лет, показали, что существуют различные способы достижения ориентированного состояния. Значительный прогресс бил достигнут в получении ориентированных систем из гибкоцепных полимеров, В лабораторных условиях получены материалы с характеристиками, приближающимися к теоретически рассчитанным значениям. Наиболее совершенная структура, обеспечивающая максимальные прочностные и упругие характеристики, может быть достигнута при использовании полиэтилена высокой молекулярной массы. Однако сохраняется интерес и к Формированию максимально ориентированных структур, которые могут быть получены при спользовании ПЭ средней молекулярной массы ввиду его относительной дешевизны и широкой р":-пространенности.
На настоящий момент наиболее эффективными способами получения ориентированных систем из ПЭ средней молекулярной массы являются: метод ориснтационной кристаллизации (метод I), разработанный в Институте высокомолекулярных соединений РАН и реализованный в OrfflO "Пластполимер", и метод многостадийных ориента-ционных вытяжек (метод 2), разработанньЯ в Фиэкко-техиическом институте им.А.Ф.Лоффэ РАН.
Важной задачей является изучение и сравнение структуры и свойств материалов, полученных этими способами, а также дальнейшее улучшение и детализация г их процессов.
Среди множества методов исследования структуры и свойств полимеров в ориентированном состоянии хорошо известен акустический метод - измерение скорости распространения и коэффициента затухания ультразвуковых колебаний, который активно развивается в последние годы. Будучи нераэрушаюцим, этот метод позволяет получить информацию и структуре и свойствах ориентирован-
.-4-
нііх систем из гибкоцепных полиморов, недоступную для других методов.
И^ль диссертационной работы - иэуvenae отдельных стадий процесса получения ориентированных систем из ПЭ сродной молекулярной массы, влияния условий проведения оривнтационной кристаллизации и оривнтационной вытяжки на структуру и свойства получаемых материалов и исследование особенностей поведения ориентированного ПЭ н условиях нагружения.
Были поставлены следующие конкретные задачи:
- анализ процесса подг jtobkh расплава к кристаллизации и оценка
. возможности достижения изотропного или близкого К НЄ.МУ состо
яния расплава при наличии (|ильерной вытяжки;
исследование влияния условий деформации (расплава или закристаллизованного полимера) на эффективность процесса упрочнения и сопоставление прочностных и упругих свойств и структуры аморфных областей ориентиропанных систем, полученных методами I и 2;
анализ изменения упругих свойств под нагрузкой при разных температура -г и напряжениях и исследование процесса течения и долговременной прочности ориентированного ПЭ;
выбор модели структуры, адекватно описывавшей упругие и деформационные свойства ориентированного ПЭ средней молекулярной массы.
Научная новизна работы.
-
Впервые установлены отличия в структуре ориентированных образцов ПЭ, полученных непосредственно при орионтационной кристаллизации расплапа и с помощью оривнтационной вытяжки нг-ориен-тированной отвержденной системы.
-
Установлена связь между двумя механизмами пластического твччния, затрагивающими аморфные и крилталличоскип обллпти ориентированных систем из ПЭ, и режимами разрушения зтих систем.
-
Впервые установлена корреляция между изменением характера зависимости упругих свойств ориентированных сі лтем ия ПЭ от механического напряжения и наличием областей превалирования различных механизмов ползучести; предложено модельное объяснение причин »той.корреляции.
Практическая значимость работы.
-
Предложена усовершенствованная методика измерения скорости распространения и коэффициента затухания ультразвуковых колебаний, упрощающая процесс измерения без снижения точности.
-
Разработана программа, позволяющая устанавливать необходимую температуру термостатирования без длительного подбора задающих ее технологических параметров.
-
Показано, что для перевода расплава, подвергнутого филь-ерной вытяжке, в состояние, близкое к изотропному, требуется время, в течение которого может быть проведено термостатирова-ние в реальних условиях. Это позволит увеличить прочность изделий из ПЭ по сравнению с прочностью образцов, полученных из анизотропной системы.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на II Всесоюзном совещании "Метастабильные состояния, теплофизические свойства и кинетика релаксации" (Сьердловск, 1989), III Всесоюзной научно-технической конференции "Совершенствование экспериментальных методов исследования Физических процессов" (Николаев, 19Э9), 13-ой дискуссионной конференции "Механизмы прочности и жесткости полимеров" (Прага, 1990), 25-ой Еврофизической конференции по физике макромолекул "Ориентационные явления в полимерах" (С-лет-Петербург, 1992).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ (в центральной печати - 3, в иностранных журналах - 2, тезисов всесоюзных конференций - <, тезисов международных конференций --3).
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 168 страницах машинописного текста, включая 39 рисунков, и состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы из 151 наименования.
