ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Свойства арамидного волокна Кевлор из "Сверхвысокомодульные полимеры " Кроме жесткости цепи, которая зависит от структуры полимера, образование анизотропной фазы, как показано ниже, зависит от таких факторов, как параметр взаимодействия полимер — раствори, тель XI, осевого отношения макромолекул или М, концентрации и температуры. [c.141] Факторы, определяющие возможность образования жидкокристаллических растворов полиамидов. [c.141] Для полиамидов с жесткими цепями имеется критическая концентрация раствора, по достижении которой происходит разделение на две фазы. На рис. VI.8 показана фазовая диаграмма системы ПБА (М 7000)—ДМАА—ЫС1, т. е. растворов типичного жесткоцепного полиамида. Ниже критической концентрации растворы прозрачны и изотропны (I). Выше концентрации полимера 7 % (зависит от содержания Ь1С1) образуется вторая, анизотропная фаза и в растворе присутствует смесь фаз (II). При более высоких концентрациях растворы становятся однофазными анизотропными (III), причем за этим участком по мере повышения концентрации следует участок с выделившимся полимером (IV). В областях (II) и (III) система мутная, при перемешивании ее появляется опалесценция она оптически анизотропна, а вязкость ее ниже вязкости концентрированных изотропных растворов. Картина, наблюдаемая при просмотре тонкого слоя анизотропного раствора в поляризованном свете, идентична соответствующей картине для нематического жидкого кристалла (рис. VI.9). [c.142] Растворы содержали I % (об.) НзО. [c.142] Типичная нематическая структура анизотропной фазы раствора ПБА в поляризованном свете. [c.142] Направление вектора напряженности показано стрелкой. [c.143] В двухфазной системе (рис. VI. 10, а) можно наблюдать капли изотропной фазы, распределенные в анизотропной матрице. Образование таких капель — следствие анизотропии поверхностного натяжения, вызванной упорядоченностью системы. Молекулы, окружающие капли , ориентированы параллельно их большой оси. Когда систему помещают на ночь в магнитное поле напряженностью 10 кГс, анизотропная фаза становится ориентированной, свидетельством чего является ориентация капель вдоль вектора напряженности поля (рис. VI. 10, б). [c.143] Области I — анизотропная II — изотропная Чуд = 1,27 ( ) и 2,01 (О). [c.143] О влиянии полидисперсности на точку перехода можно судить по данным рис. VI. 12. С увеличением концентрации полимера в растворе первыми образуют анизотропную фазу длинные молекулы. При дальнейшем повышении концентрации в этот переход вовлекаются более короткие молекулы, т. е. критическая концентрация появления анизотропной фазы возрастает. Подобным образом все более и более короткие молекулы покидают изотропную фазу и критическая концентрация продолжает увеличиваться. Это приводит к фракционированию полимера и показанное на рис. VI. 13 постепенное уменьшение т]уд полимера в обеих фазах с увеличением концентрации раствора находится в соответствии с данным объяснением. [c.144] Влияние температуры состоит в сдвиге границы фаз в область более высоких концентраций и сужению области суш,ествования анизотропной фазы. Частично это происходит в результате обратимого равновесия реакции комплексообразования (соль — полимер — растворитель). [c.144] Однако, начиная с определенного значения КК, увеличение угла спирали и, соответственно, неоднородная нагрузка на нить приводят к снижению прочности. Оптимальное значение КК, соответствующее максимуму прочности, составляет для нити Кевлар 1. [c.145] Использование нити с КК = 1,0 приводит к увеличению прочности при высоких объемных содержаниях волокна и уменьшению чувствительности этого показателя к типу смолы. Если рассчитать прочность на разрыв стренги, основываясь на полном поперечном сечении, включая смолу (рис. VI. 15, б), тогда прочность нити с КК = = О достигает максимума при 60 % (об.) содержании волокна для жестких эпоксидов, 85—90 % — для мягких эпоксидов и полиуретанов и 90—100 % — для крученых нитей. [c.146] Аналогичный подход применим при рассмотрении влияния длины нити между зажимами на прочность (рис. VI. 16). Для некрученой нити прочность быстро уменьшается с увеличением длины (примерно 20 % на десятичный порядок длины). С другой стороны, при КК = = 1,1 теряется только 3,5—5 % начальной величины прочности при увеличении длины в 10 раз. Сходные результаты получены для пропитанных стренг даже для КК = 0. [c.146] Соотношения теории абсолютных скоростей реакций для разрушения в процессе ползучести с постоянной нагрузкой. [c.147] Эти оценочные значения достаточно хорошо отражают истинное поведение. На рис. VI. 18 приведены типичные экспериментальные зависимости логарифма времени до разрыва lg 1 при 25 °С от нагрузки, выраженной через долю односекундной нагрузки при разрыве V (с некоторой экстраполяцией в обычно встречаюш,емся интервале разброса экспериментальных точек). Из рис. VI. 18 видно, что высокоплавкие волокна в обш,ем случае выдерживают большую долю их номинальной нагрузки при разрыве в течение более длительного времени. [c.148] Таким образом, при доле-номинальной нагрузки, равной 0,4— 0,6, продолжительность жизни волокна Кевлар превышает 100 лет, в то время как для алифатического полиамида эта величина составляет 3—4 года, а полиэтилен вообще не способен в течение более или менее длительного времени выдерживать значительные нагрузки, даже если бы его прочность была бы равна прочности Кевлара. [c.148] Если приложить эти теоретические положения к ситуации, соответствующей доле держащих нагрузку цепей, равной 1 (т. е. пределу прочности, см. ниже), то можно видеть, что односекундная прочность на разрыв при некоторой данной температуре зависит только от экстраполированной температуры нулевой прочности, поперечного сечения полимерной цепи и величины единичного перескока. [c.148] Предел прочности на разрыв W = , I = ч). [c.148] С дополнительными допущениями о средних значениях А и р/р можно получить еще более упрощенное предсказание для значений предела прочности на разрыв, включающее только температуру нулевой прочности, длину пути перескока и плотность волокна (табл. VI.8). [c.148] Вернуться к основной статье