ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Изменение структуры и свойств волокон при вытягивании из "Карбоцепные синтетические волокна" Вытягивание волокна в силу термопластичности ПАН можно производить после осаждения полимера, промывки или сушки волокна. На указанных стадиях структура полимера перед вытяжкой специфична по своей морфологии. Это определяет условия ориентационного вытягивания волокна. При вытягивании волокна, не полностью отмытого от растворителя, большое значение имеет содержание в волокне растворителя [1—4], пластифицирующего полимер. Другим важным фактором является температура вытягивания. Наилучшая эффективность ориентационного вытягивания достигается при температуре, немного превышающей температуру стеклования полимера. Третьим параметром этого процесса, характеризующим время и скорость вытягивания, является градиент скорости вытягивания, т. е. относительное растяжение волокна в единицу времени. [c.94] Как было показано для других полимерных систем, ориентация макромолекул полимера зависит в основном от степени эластической деформации [5]. Во время растяжения имеет место как эластическая, так и пластическая деформация (рис. 6.1), и усилие, необходимое для растяжения волокна, зависит от обеих составляющих. Поэтому сила вытягивания волокна не определяет эффективность вытягивания. Одновременно с эластической деформацией происходят релаксационные процессы. Поэтому для конкретных условий растяжения устанавливается равновесное значение эластической деформации, от которой зависит главным образом комплекс механических свойств волокна. Однако процесс вытягивания может не достигать равновесного состояния. В этом случае свойства волокна будут соответствовать достигнутому уровню эластической деформации. Как следует из рисунка 6.1, в начале растяжения эластическая деформация пропорциональна общему растяжению волокна, т. е. вытягивание происходит более или менее (в зависимости от доли пластической деформации) эффективно. [c.94] Сухое ПАН волокно следует вытягивать при температуре выше 140 °С оптимальной температурой является 160 °С (рис. 6.7). [c.97] При этой температуре достигаются наивысшие степень ориентации и прочность волокна [9, 16, 17]. Напряжение, развивающееся в волокне при вытягивании, с увеличением температуры непрерывно падает. [c.97] При быстром вытягивании ПАН волокна и градиентах скоростей вытягивания, превышающих 6-10 с , происходит адиабатический разогрев нити [18], который может изменять температуру нити на 30 °С при вытягивании на 10%. [c.97] Хотя ПАН сравнительно гидрофобный полимер, значительная полярность нитрильных групп обусловливает некоторое сродство полимера к воде. Вследствие этого вода пластифицирует ПАН, и ориентационное вытягивание волокна в водной среде (в паре и жидкости) проводится при температуре на 15—20 °С ниже, чем для сухого волокна. [c.97] В литературе имеются рекомендации по вытягиванию ПАН волокон в среде паров диметилформамида, метанола и других жидкостей, в той или иной степени взаимодействующих с полимером. [c.97] Во время вытягивания ПАН волокон происходит глубокая перестройка структуры полимера. Во время его высаживания из раствора образуется мелкосферолитная структура, которая при вытягивании превращается в фибриллярную поперечные границы бывшего сферолита при этом сохраняются. Такое изменение структуры наблюдалось на пленках, высаженных из растворов ПАН (рис. 6.14). Толщина фибрилл составляет несколько десятков ангстремов. Тонкие фибриллы образуют более крупные структуры, видимые даже невооруженным глазом. Эти образования составляют основную структуру волокна. После того как произойдет полное разрушение первичной структуры полимера, дальнейшее вытягивание волокна будет затрагивать макромолекулы, расположенные вдоль оси фибриллы. Это увеличивает степень упорядоченности структуры, что обнаруживается по сужению рефлексов на рентгенограммах (рис. 6.15). [c.99] ПАН равна 1,26 г/см . Плотность изотропного аморфного ПАН приблизительно равна 1,11 г/см . Однако даже такого изменения достаточно, чтобы проследить за модификацией структуры полимера. Во время вытягивания ПАН волокна плотность сначала возрастает, а потом начинает падать [25— 27]. Повышение плотности связано с увеличением степени упорядоченности структуры волокна, а уменьшение — с образованием микротрещин. Максимальная плотность достигается при степени вытягивания, равной примерно 5. Плотность обычных промышленных ПАН волокон 1,16—1,19 г/см . [c.102] Симбатно с уменьшением угла рефлексов на рентгенограммах вытянутых волокон увеличивается двойное лучепреломление волокон [10, 30]. Необходимо иметь в виду, что из-за анизотропии теплового расширения волокна [15, 31] при колебании температуры может измениться знак двойного лучепреломления. [c.102] Во время ориентации изменяется также значение ПК дихроизма [32] в ПАН волокнах, хотя и в этом случае значение ИК дихроизма зависит от температуры, особенно в точках структурных переходов. [c.102] При ориентировании полимерных цепей структура волокна становится неравновесной. Меру неравновесности структуры можно оценить, измеряя напряжения, возникающие в волокне при медленном его нагреве в закрепленном состоянии (при постоянстве длины волокна). Получаются так называемые кривые изометрического нагрева [33]. Естественно, что с увеличением степени вытягивания волокна значения напряжений на кривых изометрического нагрева возрастают. Следует иметь в виду, что внутренние напряжения соответствуют степени вытягивания, если волокно не подвергалось дополнительным тепловым обработкам, от которых они также изменяются. [c.102] Фиксация ориентированной структуры волокна осуществляется двумя методами удалением растворителя и снижением температуры волокна ниже температуры стеклования полимера. Кроме того, структура фиксируется при механическом стекловании полимера в результате его вытягивания. Растворитель удаляется во время вытягивания волокна в среде пара, воды или какой-либо другой жидкости при температуре выше Т , а также после вытягивания — при температуре ниже Т . К сожалению, пока нет еще экспериментальных данных об изменении температуры стеклования ПАН в зависимости от содержания в нем растворителей, поэтому технологические параметры фиксации структуры подбираются эмпирически. [c.102] Вернуться к основной статье