ОРИЕНТИ́РОВАННОЕ СОСТОЯ́НИЕ ПОЛИМЕ́РОВ
-
Рубрика: Химия
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ОРИЕНТИ́РОВАННОЕ СОСТОЯ́НИЕ ПОЛИМЕ́РОВ, особое состояние полимерного материала, в котором составляющие этот материал макромолекулы ориентированы своими главными осями вдоль некоторых направлений. Наиболее часто встречающийся вид ориентации макромолекул – одноосная (напр., в волокнах); в кристаллич. плёнках может создаваться плоскостная текстура (двухосная, радиальная). Ориентиров. состояние существует в некоторых природных полимерах (образующих волокна хлопка, льна и др., паутину, мышечную ткань и т. п.) или создаётся искусственно в синтетич. полимерах в ходе технологич. операций, как правило, сводящихся к ориентационной вытяжке – большим одноосным деформациям растяжения, достигающим нескольких тысяч процентов.
Физич. смысл перехода гибкоцепных полимеров в ориентиров. состояние состоит в уменьшении числа возможных конформаций макромолекул и, соответственно, энтропии системы. Поэтому ориентиров. состояние является неравновесным, при нагревании ориентиров. полимера имеет место тенденция к возврату в неориентированное состояние (усадка). Исследование ориентации макромолекул осуществляется разл. физич. методами: рентгеновского рассеяния под разными углами, электронной микроскопии и дифракции, оптич. микроскопии, светорассеяния и др.
При деформации единичных макромолекул в растворе возникновение ориентиров. состояния происходит скачком при некоторой критич. скорости деформации и имеет характер фазового перехода. При ориентации кристаллич. полимеров, осуществляемой между температурами стеклования и плавления, имеет место постепенное изменение структуры на разл. уровнях организации вещества. При достижении некоторой степени растяжения постепенный распад кристаллич. образований сменяется резким образованием шейки – суженного участка образца, в котором достигается высокая степень ориентации. Дальнейшее растяжение осуществляется путём перехода исходного неориентированного материала в ориентиров. шейку. Ориентация в реальных технологич. условиях переработки гибкоцепных полимеров не достигает возможного предела, т. е. в макромолекулах всегда остаются участки с невысокой степенью ориентации. Однако спец. приёмами можно получить волокно с практически полностью ориентиров. макромолекулами во всём его объёме. Такие волокна обладают исключительно высокими механич. свойствами, обусловленными внутримолекулярными взаимодействиями. Так, предел прочности для пром. высокоориентированных волокон полиэтилена достигает 2,6 ГПа, модуль упругости 120 ГПа, по сравнению с соответствующими показателями для пром. марок неориентированного полимера – 22 МПа и 0,75 ГПа соответственно (т. е. ориентация повышает эти показатели примерно в 100 раз).
Жесткоцепные полимеры (напр., ароматич. полиамиды) ориентируются сравнительно легко и переходят в почти полностью ориентиров. состояние уже при небольших деформациях. Волокна на основе жесткоцепных полимеров обладают исключительно высокой прочностью и жёсткостью (см. Высокомодульные волокна, Полиамидные волокна), превосходя по этим показателям все известные материалы, кроме углеродных и борных волокон.
Ориентиров. полимеры применяют для формования армированных пластиков, пулезащитной брони, радиопрозрачных покрытий, для изготовления изделий электро-, радио- и электронной техники, для произ-ва спортивного инвентаря и др.