Введение к работе
Актуальность. В настоящее время разнообразные полимерные материалы находят широкое применение, а условия их эксплуатации становятся все более многообразными. Они используются при низких и повышенных температурах, при статических и динамических механических воздействиях, в условиях действия электромагнитных полей и солнечной радиации, а также в условиях повышенной влажности. Полимеры применяются в быту, в мелиорации, в сельском хозяйстве и в различных областях техники. Поэтому всестороннее исследование их свойств с учетом химического состава, молекулярного строения и надмолекулярной структуры является весьма актуальным. Важное значение имеют полимерные пленки и как упаковочные материалы, предназначенные как для сохранения металлических изделий (их консервации), так и для сохранения качества продовольственных товаров. В этой связи весьма актуально и изучение влияние на свойства полимерных пленок различных внешних воздействий и прогнозирование изменения их потребительских свойств с учетом протекающих процессов старения.
Цель и задачи работы. Целью работы было проведение комплексных исследований взаимосвязи состава, строения, структуры и потребительских свойств промышленных пленок на основе некристаллических и частично кристаллических полимеров с использованием различных современных физических методов. Задачи работы предусматривали выявление условий проявления термомеханической устойчивости полимерных пленок и сопоставление процессов их молекулярной подвижности в условиях действия силовых и температурных полей. Учитывая расширение областей применения полимерных пленок намечалось изучение влияния их модификации посредством термообработки, облучения и ориентационной вытяжки на изменение структуры и физических свойств. Предусматривалось установление оптимальных режимов внешних воздействий для целенаправленного управления качеством промышленных полимерных пленок. Так как в полимерных материалах при их хранении и эксплуатации протекают необратимые физико-химические процессы, прогнозирование изменения их свойств должно было производиться с учетом процессов старения.
Научная новизна. Эксплуатационные свойства полимерных пленок определяются их химическим составом, молекулярным строением и надмолекулярной структурой. Температурные
области их надежной эксплуатации определяются
термомеханической устойчивостью вблизи кинетических И
фазовых переходов соответственно некристаллических и
частично кристаллических полимеров. Учитывая это,
исследования физических свойств различных полимерных пленок
производились в широких температурно-частотных диапазонах.
Для количественной оценки термической устойчивости
полимерных пленок производился расчет детерминантов
термодинамической устойчивости с использованием специально
составленной компьютерной программы на языке "Фортран-4".
На свойства полимерных пленок существенно влияют процессы
молекулярной подвижности, которые отличаются в случаях
действия силовых и температурных полей. В последнем случае по
данным метода электрических флуктуации у полимерных пленок
наблюдалось проявление множественных температурных
переходов, что свидетельствует об их структурной
неоднородности. Для ее целенаправленного изменения
производилась термообработка полимерных пленок в режимах
отжига и закалки. Установлено, что при отжиге полимерных
пленок расширяется температурная область их
работоспособности, то есть при таком способе их модификации можно осуществлять целенаправленное управление качеством пленок.
Исследование влияния облучения полимерных пленок жесткими у-квантами и быстрыми электронами показало, что в результате их сшивания можно повышать прочность, увеличивать сроки работоспособности, а следовательно, регулировать качество этих материалов.
Установлено, что наибольшая макромолекулярная ориентация пленок достигается в результате их одноосной вытяжки при температурах, несколько меньших температуры размягчения (стеклования). При этом температура максимума механических потерь не зависнгааправлеиия вытяжки пленок, но она повышается при увеличении степени растяжения.
Тепловое старение полимерных пленок в условиях, имитирующих действие солнечной радиации, изучалось с помощью дугового везерометра, а также в реальных атмосферных условиях при различных значениях температуры и влажности. Полученные результаты позволили прогнозировать сроки гарантированной работоспособности полимерных пленок с учетом изменения концентрации содержащихся в них пластифицирующих веществ.
Практическая значимость. Применяющиеся в различных областях народного хозяйства полимерные пленки в реальных
условиях хранения и эксплуатации изменяют свои свойства как под влиянием атмосферных воздействий (влажности, температуры, кислорода воздуха и солнечного света), так и в результате действия силовых полей (механических напряжений, электрических разрядов, магнитной напряженности). Необратимое изменение этих свойств связано с деструкцией или структурированием полимерных пленок, характеризуя их тепловое, механическое, электрическое или магнитное старение. При использовании полимерных пленок в строительстве и в сельскохозяйственных сооружениях разные их части могут находился в неодинаковом напряженном состоянии, поэтому некоторые из них будут подвержены ускоренному старению, В связи с этим при прогнозировании сроков работоспособности полимерных пленок использовались результаты испытаний образцов, подвергавшихся действию наибольших механических напряжений. Этот же принцип может быть положен в основу прогнозирования свойств пленок, работающих в электрических и магнитных полях. Так как вода, которая зачастую хорошо смачивает поверхности пленок, оказывает на них пластифицирующее действие, это учитывалось при изучении процессов старения и расчетах гарантийных сроков их нормальной работоспособности в нагруженном состоянии. На основании проведенных исследований установлены оптимальные режимы модификации промышленных полимерных пленок, при которых увеличиваются сроки их хранения и эксплуатации без существенного ухудшения эксплуатационных свойств, а следовательно, повышается качество этих материалов.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждались на:
1.Научно-техническом совещании "Методы неразрушающего контроля полимерных материалов". Москва, декабрь, 1993 г.
2.Совещании по диагностике материалов на основе их неразрушающего контроля в ЦРДЗ. Москва, октябрь, 1994 г.
З.Межкафедералыюм семинаре по полимерам в РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, октябрь, 1994г.
4,Научно-методической конференции преподавателей и аспирантов РосЗИТЛП, Москва, ноябрь, 1994г.
5.Межфакультетском семинаре по полимерным материалам, РосЗИТЛП, Москва, июнь, 1995г.
6.Совещании по прогнозированию свойств полимерных материалов, в Московском НТО машиностроителей, Москва, декабрь 1995г.
7.Региональной научно-технической конференции "Крайний
Север-96" (технологии, методы, средства), Норильск, апрель,
1996г. 8.Третьей Всероссийской конференции "Структура и динамика
молекулярных систем ", Йошкар-Ола, июль 1996г. 9.Симпозиуме по полимерным материалам, Черноголовка,
Московская область, ноябрь 1996г. Ю.Семинаре кафедры теоретической физики Московского
Педагогического Университета, Москва, ноябрь 1996г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 статей.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы. Материалы диссертации изложены на 198 страницах машинописного текста, включающего 8 таблиц, 62 рисунка и библиографию из 138 наименований.