Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы интенсивно развивается производство и применение термоэластопластов - полимеров, способных в условиях эксплуатации, подобно вулканизированным каучукам, к большим обратимым деформациям и при повышенных температурах, в частности, при переработке, проявлять свойства термопластов. К числу таких материалов, обладающих комплексом ценных свойств, относится и сравнительно новый полимер-синдиотактический 1,2-полибутадиен (1,2-СПБ). Обычно 1,2-СПБ представляет собой композицию микрокристаллов и аморфной фазы, содержание последней зависит от стереорегулярности (чередования) виниловых групп: с увеличением стереорегулярности, например, 1,2 или 1,4 степень кристалличности повышается и может доходить до 50-65%.
Его свойства как термоэластопласта делают этот полимер перспективным для использования в различных областях техники, где требуется хорошее сочетание пластика с каучуком, а также как присадка в полимерные материалы и композиции с целью модификации их свойств. Благодаря стереорегулярному строению 1,2-СПБ имеет высокие физико-механические показатели, а наличие в структуре виниловых групп объясняет его высокую реакционную способность, вследствие чего он, подобно другим диеновым каучукам, может быть легко вулканизирован. Важные направления использования 1,2-СПБ -трёхмерная ксерокопия и легкая промышленность.
При создании новых изделий из полуфабрикатов путем термопластификации он проявляет стойкость к озону, который всегда имеется в атмосфере. Однако при отсутствии в них добавок, нейтрализующих действие УФ-излучения, принципиально взаимодействие озона и кислорода при л—>7t* возбуждениях двойных связей в винильных группах. Исследовать такие состояния и протекающие химические процессы возможно, например, путём генерации озона и возбуждения л—>7t* переходов с помощью УФ-облучения. При этом термодинамическая теория изменения структур в полимере является частью теории фазовых переходов в твердых
телах и позволяет развить тонкие детали структурных превращений в полимерах.
Цель работы:
Исследование физико-механических свойств полимера 1,2-СПБ, в том
числе при неравновесных фазовых превращениях.
Задачи исследования:
Определение прочностных характеристик и изучение физико-механических свойств полимеров, в том числе, при УФ-облучении, влияния образующихся при этом нанопор и нанотрещин на механические свойства при различных агрегатных состояниях полимеров.
Изучение особенностей структурных преобразований полимера при разных температурных режимах.
Анализ микроструктуры полотна полимера после его деформации, а именно: изменение степени кристалличности, формирования кристаллических зерен и их стыков, формирования микропор и микротрещин, формирования пространственно-ориентированной пластинчатой (ПрОП) фазы и термотопологии планигонов, изготовленных из нее.
Научная новизна.
Установлено, влияние озона и возбуждения винильных связей на механические свойства полимеров, уменьшение модуля упругости полотна из синдиотактического 1,2-полибутадиена( 1,2-СПБ).
Предложена модель образования нанопор и нанотрещин, обоснован подход к пониманию механизма деформации полимеров вплоть до их разрушения.
Впервые обнаружены и получены пространственно-ориентированные пластинчатые фазы, обладающие только нелинейными механическими свойствами, когда напряжение пропорционально квадрату деформации. Исследованы их физико-механические свойства при изменении
температуры и подробно изучена термотопология планигонов из этого
вещества.
Практическая значимость. Практическая значимость работы определяется тем, что изделия из 1,2-СПБ часто эксплуатируются в режиме непрерывного облучения естественным УФ-светом, который рождает незначительное количество озона и возбуждение я—^я* перехода. При длительной эксплуатации изделия оно становится хрупким, т.е 1,2-СПБ переходит из состояния термоэластопласта в хрупко-пластическое состояние, что понижает их работоспособность. С другой стороны, при получении, например, нити или полотна в промышленных установках возникает трибоэлектричество, генерирующее озон, который изначально ухудшает качество получаемых в дальнейшем изделий.
Достоверность результатов основана на использовании корректных экспериментальных и математических методов решения каждой из поставленных задач. В основе каждой предложенной физической модели также лежит экспериментальная их проверка различными методами: инфракрасной спектроскопии (ИК), ядерного магнитного резонанса (ЯМР), двойного лучепреломления (ДЛП).
В случае ПрОП фазы проводилось многократное циклирование или испытание одного и того же образца (до 100 раз) и изучалась термотопология всех возможных планигонов изготовленных из неё, в частности, зависимость степени их деформации от температуры.
Основные положения выносимые на защиту: 1.Влияние возбуждения л—>7Г* переходов двойных связей на механические свойства синдиотактического 1,2-полибутадиена (1,2-СПБ) как следствие изменения энтропии клубков.
2.Термофлуктационный механизм непрерывного зарождения нанопор и нанотрещин и их влияние на механические свойства полимеров при л—>7г*переходах.
3.Технология получения пространственно-ориентированной пластинчатой фазы с квадратичным законом деформации и ее термотопология.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах Всероссийских научно-методических конференций 2006-2010 годов. (г.Уфа, г.Оренбург), II Международной конференции «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов-DFMN 2007» (г.Москва), Российской научной конференции «Механика и химическая физика сплошных сред-2007г.» (г.Бирск), XIV Всероссийской конференции «Структура и динамика молекулярных систем» (Казань,2007), VI Всероссийской научно-методической конференции (с международным участием) «Инновации и наукоемкие технологии в образовании и экономике». (г.Уфа,2010г.).
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 128 страницах, содержат 80 иллюстраций и список литературы из 119 наименований.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 11 печатных работах, из них 2 входят в список, рекомендованный ВАК. Список представлен в конце автореферата.
