Влияние морфологии на текучесть полиэтилена, кристаллизуемого из раствора

• Автор: Сироткин, Ростислав Олегович
• Шифр специальности: 02.00.00
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Б.м.
• Количество страниц: 175 с. : ил.

РЕЗЮМЕ
Полимеры являются важным классом материалов, которые находят все возрастающее применение в технике благодаря таким факторам, как низкая плотность, легкость обработки и низкая цена. Растущий интерес к полимерным материалам с улучшенными свойствами привел к попыткам связать их макроскопическое механическое поведение с поведением их микроскопических составных частей. Полиэтилен часто был предметом изучения исследователей благодаря сравнительно простой химической и кристаллической структуре, а также хорошо характеризуемым физическим свойствам.
Три вида поли(этилен-1-гексен)а с различным содержанием боковых ответвлений кристаллизовались из раствора в декалине при начальных концентрациях раствора от 40 до 100 %мас и были подвергнуты ряду структурных, морфологических и механических исследований. Кристаллизация данных материалов из раствора позволила варьировать длину складки и степень кристалличности независимо друг от друга. Кроме того, было найдено, что свободная поверхностная энергия поверхностей складывания ламелей изменяется с изменением начальной концентрации раствора.
Результаты, полученные в настоящей работе, четко показывают, что предел текучести определяется не одной лишь длиной складки, как это должно было бы быть в соответствие с теорией пластичности кристаллов, применимой, как это было ранее найдено, к полиэтилепам, кристаллизуемым из расплава. Предполагается, что кристаллизация материалов из раствора приводит к изменениям в морфологии и толщине межфазных областей между кристаллическими ламелями и неупорядоченной аморфной фазой. Межфазные области состоят главным образом из складок макромолекулярных цепей, а также боковых ответвлений, «отвергнутых» кристаллической фазой, свободных концов макромолекулярных цепей и т.д. Кроме того, предполагается, что материал межфазных областей затвердевает около Тр, что оказывает значительное влияние на деформацию и текучесть материалов.
В соответствие с предыдущими работами предполагается, что первый предел текучести связан с межламелярным сдвигом, а второй - со сдвигом вдоль макромолекулярных цепей.
Результаты показывают, что более упорядоченная морфология ламелярной поверхности (ассоциируемая с более низкими значениями свободной поверхностной энергии) облегчает межламелярный сдвиг (ассоциируемый с первым пределом текучести), в то время как межфазная граница, характеризуемая высокой степенью беспорядка (ассоциируемым с более высокими значениями свободной поверхностной энергии),

затрудняет межламслярный сдвиг. В свою очередь, та свобода, с которой осуществляется межламелярный сдвиг, влияет на Тр - температуру, при которой происходит быстрое отвердение мсжфазных областей. Полученные результаты показывают, что ниже Тр увеличение значения истинного предела текучести, вызванное ростом толщины ламелей, превышает увеличение, предсказываемое теорией пластичности кристаллов. 11о-видимому, это является следствием влияния, оказываемого границей раздела между кристаллической и аморфной фазами; это необходимо учитывать для корректного моделирования поведения текучести и деформации.
Результаты также показывают, что надмолекулярная структура не играет роли (либо не играет значительной роли) в определении свойств текучести.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Я бы хотел воспользоваться данной возможностью для того, чтобы поблагодарить моего научного руководителя, доктора Николаса Брукса (Школа Технологии Полимеров) за его совет, руководство и помощь во время проведения настоящего исследования. Я бы также хотел поблагодарить моего второго научного руководителя, главу Школы Технологии Полимеров, доктора Майкла О’Браена за помощь и поддержку.
Я бы также хотел выразить благодарность всем, кто помогал мне в моей работе, делясь своим ценным опытом, советом и временем: профессору Джанкарло Капаччио и доктору Эду Клаттопу (Бритиш 11етролеум Кемикалз Лимитед (Грейнджмут)), которые любезно предоставили материалы, используемые в настоящей работе; доктору Кристине Адамс и доктору Полу Анвину (Междисциплинарный исследовательский центр науки и технологии полимеров Университета Лидса) за их работу по проведению анализа МУР; доктору Роберту Олли (Физическая лаборатория Дж.Дж. Томсона, Университет Рединга) за его помощь и совет при проведении СЭМ, а также ценные и плодотворные дискуссии по интерпретации полученных результатов; господину Питеру Крэкнслу (Школа Технологии 11олимеров), который помогал изготавливать форму для приготовления образцов, а также консультировал по методам формования. Я бы хотел поблагодарить Комитет ректоров университетов Соединенного Королевства за предоставленную стипендию для иностранных аспирантов.
Я признателен лаборантам Школы Технологии Полимеров Эдди Бренву. Брайану Дарранту и Дэйву Уэстни за помощь и совет.
Я бы также хотел выразить благодарность своей семье за поддержку на протяжении всего периода работы над данной диссертацией.
Ростислав Олегович Сироткин
Май 2001

6.2 Приготовление образцов
Метод приготовления образцов основан на процедуре, разработанной ранее Даррасом с сотр. [43] для получения пленок полиэтилена из декалина. В настоящей работе раствор полиэтилена в декалине отливался в диски посредством стальной формы для литья под давлением (Рис. 6.1). Форма была специально изготовлена для данного исследования автором данной диссертации.
Из Рис. 6.1 видно, что форма состоит из трех частей: (1) нижняя часть; (2) верхняя часть с цилиндром, соединенным с полостью для заливки раствора отверст ием диаметром 2 мм: (3) поршень.
Рис. 6.1. Схематическое изображение формы.
Взвешенные количества декалина и гранул полиэтилена помещались и стеклянный химический стакан, накрывались фольгой (с целью сокращения испарения растворителя) и помещались на 15-40 минут (в зависимости от концентрации) для растворения и гомогенизации на нагретую до 160-165°С плиту пресса. После растворения гранул раствор дополнительно перемешивался вручную, а затем переносился в цилиндр предварительно нагретой формы. После этого форма переворачивалась и помещалась между плитами пресса.