Закономерности формирования структуры и свойств одноосно ориентированных полимерных материалов

• Автор: Алоев, Владимир Закиевич
• Шифр специальности: 02.00.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Нальчик
• Количество страниц: 383 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1 .ОСНОВЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Кристаллизация и структура полимеров в ориентированном состоянии.

1.2. Основные положения кластерной модели структуры аморфного состояния полимеров и фрактального анализа.

1.3. Физические основы процесса твердофазной экструзии

Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследования и методы их приготовления

2.2. Методы исследования кинетики кристаллизации одноосно растянутых полимеров

2.2.1. Метод релаксации напряжения.

2.2.2. Метод двулучепреломления
2.3. Методы исследования плавления полимеров.
2.3.1. Термомеханический метод.
2.3.2. Дифференциальнотермический анализ
2.4. Методы исследования молекулярной подвижности полимеров
2.4.1. Диэлектрический метод.
2.4.2. Метод радиотсрмолюминссценции.
2.5. Методы исследования структуры полимеров.
2.5.1. Малоугловое рассеяние поляризованного света.
2.5.2. Рентгеноструктурный анализ
2.5.3. Электронная и оптическая микроскопия
2.6. Краткое описание других физических методов исследования использованных в работе
2.6.1. Определение степени кристалличности по плотности образцов.
2.6.2. Измерение термической усадки
2.6.3. Определение степени молекулярной вытяжки
2.6.4. Механические испытания
2.6.5. Измерение микротвердости
2.6.6. Оценка ошибок измерений и статистическая обработка данных.
Выводы к главе 2.
ГЛАВА 3. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ КИНЕТИКИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ,
СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ОДНОСНО РАСТЯНУТОГО ПОЛИХЛОРОПРЕНА
3.1. Кинетика кристаллизации одноосно растянутого полихлоропрена
3.2. Структура полихлоропрена, закристаллизованного в одноосно растянутом состоянии.
3.3. Молекулярная подвижность в одноосно распнгутом закристаллизованном полихлоропрене.
3.4. Плавление одноосно растянутого закристаллизованного полихлоропрена.
3.5. Теоретическая термодинамическая трактовка скачкообразного изменения структуры одноосно растянутого полихлоропрена.
Выводы к главе
ГЛАВА 4. ОПИСАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ОДНООСНО РАСТЯНУТОГО ПОЛИХЛОПРЕНА В РАМКАХ МОДЕЛИ ЛОКАЛЬНОГО ПОРЯДКА И ФРАКТАЛЬНОГО АНАЛИЗА.
4.1. Молекулярные и структурные характеристики сшитых полимерных каркасов.
4.2. Фрактальный анализ кинетики и морфологии кристаллизации одноосно растянутых сшитых полимерных каркасов
4.3. Применение кластерной модели для описания процесса кристаллизации
и свойств ПХП.
4.4. Влияние деформации на кинетику кристаллизации сшитого полихлоро
Выводы к главе 4.
ГЛАВА 5. ФРАКТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ ТВЕРДОФАЗНОЙ ЭКСТРУЗИИ.
5.1. Структура экструдированных полиэтиленов.
5.2. Структура полимерной матрицы в экструдированных компонорах
5.3. Структура наполнителя и межфазных границ в экструдированных компонорах
5.4. Фрактальный анализ вторичных структур поверхностей разрушения.
5.5. Фрактальный анализ объмных изменений при растяжении полимеров.,9 Выводы к главе 5.
ГЛАВА 6. СВОЙСТВА ЭКТРУДАТОВ СВЕРХВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО
ПОЛИЭТИЛЕНА И КОМПОНОРОВ НА ЕГО ОСНОВЕ
6.1. Модуль упругости
6.2. Предел текучести
6.3. Характеристики процесса разрушения
6.4. Термоусадка.
6.5. Микротвсрдость
Выводы к главе 6.
ГЛАВА 7. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЭКСТРУДИРОВАННЫХ АМОРФНЫХ
ПОЛИМЕРОВ.
7.1. Модель деформации макромолекулярного клубка.
7.2. Описание молекулярной ориентации в рамках кластерной модели.
7.3. Свойства экструдатов полиарилата ДФ
7.4. Твердофазная экструзия сшитых эпоксиполимеров.
Выводы к главе 7.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА


Присоединение одного сегмента к кластеру означает схлопывание микрополости флуктуационного свободного объема, а отсоединение диссоциация сегмента образование такой микрополости. В работах было показано, что кластерная сетка макромолекулярных зацеплений является перколяционной системой, у которой порог перколяции на температурной шкале расположен в окрестности температуры стеклования Тс. Следовательно, параметр является параметром порядка структуры аморфного состояния полимеров в строгом физическом смысле этого термина, а сама кластерная сетка может рассматриваться как термический кластер 6, 7. Модель диффузионноограниченной агрегации ДОА ВиттенаСандера 8 описывает многочисленные процессы агрегации коллоидных частиц 9. В работах было показано соответствие ДОА и кластерной модели для всех основных классов полимеров. При этом модель ДОА предсказывает наличие областей локального порядка таких же размеров, как и кластерная модель 1. Одним из основных понятий синергетики является понятие диссипативных структур ДС. К ДС относятся пространственные, временные или пространственновременные структуры, которые могут возникать вдали от равновесия в нелинейной области, если параметры системы превышают критические значения 4. В работах 5, 6 была продемонстрирована идентичность кластеров и ДС для всех основных классов полимеров, включая и ориентированные. Кластерная модель успешно описывает структуру не только линейных стеклообразных полимеров , 7, но и сетчатых полимеров , а также моделирует структуру некристаллических областей аморфнокристаллических полимеров , в том числе и ориентированных 8, 9. Важно отметить, что в аморфнокристаллических полимерах с расстеклованной аморфной фазой например, в полиэтиленах формирование кластеров обусловлено натяжением аморфных цепей в процессе кристаллизации 7. Использование кластерной модели позволило количественное описание ряда важных свойств полимеров разных классов. Более того, применение этой модели позволило дать происходящим при этом процессам принципиально новую трактовку. Так, кластерная модель предполагает наличие в структуре аморфного состояния полимеров двух типов кластеров стабильных, состоящих из относительно большого числа сегментов, и нестабильных. В процессе деформирования при достижении предела текучести ау нестабильные кластеры подвергаются диссоциации в поле механических сил, кластерная система теряет свою устойчивость и реализуется процесс текучести . Доля распавшихся нестабильных кластеров определяет высоту так называемого зуба текучести на кривой напряжениедеформация а с полимеров 4. Процесс стеклования полимеров в рамках кластерной модели рассматривается как лавинообразное формирование областей замороженного обладающего достаточно большим времени жизни локального порядка при Т Тс. Особенностью перехода стеклования для аморфнокристаллических полимеров в рамках кластерной модели является то, что на температурной шкале он совпадает с плавлением кристаллических областей полимера 9. Это обусловлено вышеуказанной особенностью формирования кластеров в таких полимерах плавление кристаллических областей устраняет натяжение аморфных цепей и приводит к распаду кластеров. В заключение вкратце отметим, что применение кластерной модели позволило успешно описать такие свойства полимеров как прочность 0, 1 и ударная вязкость и такие процессы как тепловое старение 7, 8 и локальная пластическая деформация 9, 0. Применение методов синергетики и фрактального анализа для исследования структуры и свойств полимеров в настоящее время находится на начальной стадии. Тем не менее, в ближайшее время следует ожидать повышения активности в этой области, на что имеется ряд важных причин. Первой из них, имеющей фундаментальный характер, является то, что полимеры обладают фрактальной структурой, и в настоящее время это неоднократно подтверждено экспериментально . Фрактальные объекты характеризуются следующим соотношением между массой М или плотностью р и линейным масштабом измерения
где фрактальная хаусдорфова размерность. В отличие от математических фракталов реальные физические фракталы, в том числе и полимеры, имеют два естественных масштаба и 3X рис.