Введение к работе
Актуальность проблемы. Полимерные пленочные материалы на протяжении длительного времени являются предметом интенсивных исследований. Спрос на полимерные пленки постоянно растет, так же как возрастают требования предъявляемые к их качеству. Наиболее важной остается проблема стабильности размеров полимерных пленок в сочетании с высокой прочностью в широком температурном интервале эксплуатации. Даже малые изменения размеров изделий из пленки могут привести к серьезным проблемам работоспособности всей системы а которой они применяются. Такие пленки, в частности, могут быть широко использованы как носители информации в приборах применяемых в авиации и космонавтике. На их основе изготавливаются очень тонкие магнитные ленты, а так же печатные гибкие платы, не изменяющие свои размеры в широком интервале перепада температур эксплуатации. Значительное снижение коэффициента линейного термического расширения, позволит наносить информацию на магнитные, лазерные и другие носители более компактно, а соответственно и большего объема. Стабилизация размеров пленок позволит использовать изделия на их основе в широких температурных интервалах эксплуатации вне термостата, что соответственно, уменьшит массу летательных аппаратов (ракет, самолетов и.т.п.). Получение таких пленок на основе широко используемых полимеров является уникальным, публикации и патенты по этой теме редки", единичны. В настоящее время реальный путь получения пленочных изделий из традиционных полимерных материалов с высокой термической стабильностью размеров - в совершенствовании приемов и методов создания в полимерах определенной устойчивой к колебаниям температур структуры например при помощи термообработки, ориентации молекул, релаксации остаточных напряжений и.т.п.
Цель работы. Разработать технологию изготовления полимерных пленок с минимальным коэффициентом линейного термического расширения.
Для достижения поставленной цели, детально изучали влияние условий одноооэй ориентации и термообработки на тепловые свойства пленок на примере
г полиэтилентерафталата (ПЭТФ), исследовали принципиальные возможности получения высокопрочных безусадочных, в том числе двухосно ориентированных, полимерных пленок с минимальными значениями коэффициента линейного термического расширения (Р).
Для достижения указанной цели решались следующие задачи: (1) анализ влияния условий ориентации ПЭТФ на р , (2) оптимизация технологических режимов получения ориентированных и термообработанных ( в случае ПЭТФ -термофиксированных ) пленок на основе ПЭТФ, с минимальным значением р и высокой прочностью, (3) анализ влияния природы пленок из различных термопластов и условий их ориентации на р, (4) объяснение обнаруженного явления отрицательных значений Р для некоторых типов термопластов.
Научная новизна. - Установлено, что образцы ПЭТФ пленок с близкими к нулю значениями р в направлении оси ориентации и высокими физико- механическими показателями могут быть получены в результате предельно возможной одноосной ориентации макромолекул в области перехода, от высокоэластической к пластической деформаций. Режим ориентации отличается от традиционных. Показано, что одноосная аытяжка ПП, ПС, ПЭТФ, ТАЦ, ПМ-1 пленок в предложенных режимах позволяет значительно уменьшить р в направлении оси ориентации. -Установлено, что необходимым требованием получения ПЭТФ пленок с минимальным значением р является ориентация полимерного материала в условиях, приводящих к образованию структуры с более редкой сеткой физических узлов зацеплений (N). Рекомендуемая область ориентации может быть проконтролирована величиной N.
-Покэзано, что применение последовательных этапов термообработки при различных режимах позволяет закристаллизовать полученную е результате ориентации структуру, сохраняет стабильные, низкие значения Р пленок и расширяет диапазон эксплуатации до 200 С.
з -Обнаружено, наличие отрицательного р в широком интервале температур, в направлении оси вытяжки у гибко- (ПП) и жесткоцепных (ПМ-1, ТАЦ) ориентированных и термообработанных полимеров, при умеренных и высоких степенях ориентации.
Установлена линейная зависимость р различных изотропных термопластов от обратной величины энергией когезии. При Р=0 величина энергии численно близка к энергиям химической связи С-О, С-С, C-N.
Установлена линейная зависимость анизотропии р и двулучепреломления ориентированных ПЭТФ пленок, экстраполяция которой до г=1 позволяет прогнозировать предельные значения р±. В этой точке pi отражает влияние только межмолекулярных связей.
Практическая значимость.
Для получения ПЭТФ пленок с минимальным значением р разработаны и установлены оптимальные соотношения температуры и скорости (T-V), имеющие простую алгебраическую зависимость. Практическая интерпретация данной зависимости .означает, что для получения безусадочных пленок, имеющих минимальную величину р и высокие физико- механические показатели, рекомендуется, по сравнению с параметрами используемыми в настоящее время при производстве серийных партий пленок, ориентацию проводить при более высоких температурах и до более высоких кратностей вытяжки, но при тех >ко скоростях вытяжки.
Эмпирически установлена линейная зависимость р от величины 1/Е где Е=Е«о,.ор, которую можно использовать для инженерных расчетов с целью прогнозирования значений р ориентированных полимеров.
Разработаны практические рекомендации и предложена схема получения безусадочных с минимальным значением р а направлении оси ориентации пленок на основе полиэтилентерефталата.
Показана возможность изготовления в процессе ориентации и последующей термообработки в изометрических условиях безусадочных, с мглыми колебаниями
размеров пленок из различных типов полимеров (ПП, ПС, ПЭТФ, ТАЦ, ПМ-1 ), с высокими физико- механическими характеристиками, которые могут быть использованы в широком диапазоне температур эксплуатации.
Апробация работы. Результаты работы были доложены на научно-технической конференции «Промышленность нефтехимии Ярославского региона» (г.Ярославль 1994г), на молодежной научной конференции «XXII Гагаринские чтения» (Москва 1996г), на научно-технической конференции «Материалы и конструкции в машиностроении, строительстве и сельском хоэяйстве»(г.Вологда 1996г), наЗ Всероссийской студенческой научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии»(г.Екатеринбург 1993г).
Публикации: По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ в виде статей и тезисов докладов, и 2 статьи приняты к печати.
Объем и структура работы: Диссертационная работа, состоящая из введения, литературного обзора, методической части, двух экспериментальных глав, заключения, выводов, списка литературы включающего 155 наименований, изложена на страницах, иллюстрирована рисунками и таблицами.