Исследование технологии изготовления полимерных пленок с минимальным коэффициентом линейного термического расширения

• Автор: Блидарева, Галина Петровна
• Шифр специальности: 05.17.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1996
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 156 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1.Особенности теплового расширения материалов различной природы
1.1.1. Общие сведения о механизме теплового расширения 4 1.1.2.0трицательный коэффициент теплового расширения
1.2. Тепловое расширение полимерных тел
1.2.1. Тепловое расширение аморфных полимеров
1.2.2. Тепловое расширение полимерных кристаллов
1.2.3. Тепловое расширение аморфно-кристаллических
и ориентированных полимеров
1.2.4. Отрицательный коэффициент теплового расширения
в полимерах
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объекты исследования
2.2. Методы исследования
РЕЗУЛЬТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3. ГЛАВА. Особенности теплового расширения
полиэтилентерефгалатных пленок
3.1. Исследование влияния степени кристалличности на снижение деформации теплового расширения в изотропных ПЭТФ пленках
3.2. Исследование влияния условий ориентации на р одноосно ориентированных ПЭТФ пленок
3.3. Исследование влияния термофиксации ориентированных ПЭТФ пленок на р
3.4. Практические рекомендации по технологии получения ПЭТФ пленок с минимальными значениями КЛТР
4. ГЛАВА. Исследование влияния природы полимеров, ориентации и
термообработки на коэффициент линейного термического расширения
4.1. Явление отрицательного коэффициента линейного термического расширения полимеров в ориентированном состоянии
5. ВЫВОДЫ
6. ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
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 Л всей системы, в 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 одноосной ориентации и термообработки на тепловые свойства пленок на примере полиэтилентерефталата (ПЭТФ), исследовали принципиальные возможности получения высокопрочных безусадочных, в том числе двухосно ориентированных, полимерных пленок с минимальными значениями коэффициента линейного термического расширения ((3).

Для достижения указанной цели решали следующие задачи: (1)иъучгнце 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 (3 и высокой прочностью, (3) изучение 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 деформации. Режим ориентации отличается от традиционных. Показано, что одноосная вытяжка 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 (К). Рекомендуемая область ориентации может быть проконтролирована величиной N.
-Показано, что применение последовательных этапов термообработки при различных режимах позволяет закристаллизовать полученную в результате ориентации структуру, сохраняет стабильные, низкие значения р пленок и расширяет диапазон эксплуатации до 200 °С.
-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 энергии когезии. При р=0 величина энергии численно близка к энергиям химической связи С-О, С-С, С-И.
- Установлена линейная зависимость анизотропии р и двулучепреломления ориентированных ПЭТФ пленок, экстраполяция которой до /=1 позволяет

Универсальный прибор для исследования температурных характеристик полимеров (УПП).
УПП предназначен для исследования полимерных изделий (пленок, волокон, брусков) методом линейной дилатометрии и термомеханики. УПП также выполняет функцию нагревательного столика.
Прибор позволяет исследовать температурную зависимость изменения физико-механических характеристик: изменение линейных размеров и деформационные свойства в широком интервале температур (от -190°С до +500°С), температурные области эксплуатации полимеров и их изделий, а также установить температурные области переработки (вакуумного формования, ориентации, температуру отжига и др.).
При помощи УПП можно получить следующую информацию:
а) изменение линейных размеров образцов в свободном состоянии при нагревании и охлаждении (кривые терморелаксации, линейного теплового расширения). По полученным кривым определяют коэффициент линейного теплового расширения (КЛТР), величину тепловой усадки, температуры стеклования, плавления, кристаллизации, температуру самопроизвольного изменения формы образца;
б) термомеханические характеристики при статическом или периодически действующем механическом поле (термомеханические кривые изодинамического нагрева, общей деформации и обратимой деформации, а также изменение релаксационного (условного) модуля упругости в зависимости от температуры);
в) фазовые превращения и процессы термической деструкции, сопровождающиеся изменениями оптических характеристик полимеров. Анализ и сопоставление полученных дилатационных, термомеханических и оптических