ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Изменение физико-механических свойств полиэтилена при облучении из "Облученный полиэтилен в технике" Физико-механические свойства облученного полиэтилена [2—5, 9—18, 59—62] определяют возможность его использования во многих областях техники. [c.26] Изменения различных свойств полиэтилена, облученного до дозы 40 Мрад, рассмотрены весьма полно в работе [59]. Полученные данные свидетельствуют об изменениях физико-механических свойств полимера при облучении, которые выражаются в уменьшении эластичности и ударной вязкости при одновременном возрастании прочности, жесткости и упругости. Облучение стабилизированного полиэтилена высокой плотности и сополимера этилена с пропиленом даже до сравнительно малых доз (до 1 Мрад) вызывает весьма существенные изменения физико-механических характеристик этих материалов. [c.26] Эффект воздействия радиации на прочностные характеристики полиэтилена зависит от молекулярного веса облучаемого полимера, и тем сильнее, чем выше его молекулярный вес. [c.26] При действии Y-излyчeния на полиэтилен низкой плотности в вакууме прочность материала повышается. Однако при этом относительное удлинение при разрыве уменьшается и после облучения до доз 100—200 Мрад, составляя примерно 200% (исходное значение 500— 700%). При повышенной температуре характеристики облученного материала изменяются аналогично, т. е. разрушающее напряжение при растяжении возрастает, а относительное удлинение при разрыве снижается до 100%. Увеличение дозы выше 200 Мрад приводит к уменьшению значений этих показателей. [c.27] Прочностные характеристики облученных на воздухе при мощности дозы 10 —10 рад/с образцов полиэтилена низкой плотности толщиной 0,95 мм занимают промежуточное положение между значениями для образцов материала толщиной до 0,4 мм, облученных на воздухе и в вакууме соответственно. Изменение свойств облученного полиэтилена в зависимости от толщины материала и характеристик среды, в которой производится облучение, свидетельствует о большой роли кислорода в процессах радиолиза и лимитирующем влиянии диффузии кислорода на радиационное окисление полиэтилена. [c.27] Облучение полиэтилена низкой плотности дозами до 150—200 Мрад при 20 °С повышает разрушающее напряжение при растяжении. Дальнейшее увеличение дозы (выше 200 Мрад) приводит к понижению прочности полиэтилена. Относительное удлинение при разрыве при малых поглощенных дозах несколько возрастает, а затем по мере роста поглощенной дозы уменьшается. [c.27] Разрушающее напряжение при растяжении полиэтилена высокой плотности также возрастает с увеличением поглощенной дозы, причем даже в большей степени, чем полиэтилена низкой плотности. Резкое снижение относительного удлинения при разрыве полиэтилена высокой плотности наблюдается при облучении дозами 25—30 Мрад. [c.27] Модуль упругости уменьшается по мере снижения степени кристалличности и увеличивается с образованием поперечных связей [9, 10, 63]. Упругие свойства облученного полиэтилена зависят от температуры измерений, так как именно температурой определяется степень кристалличности образцов. Зависимость модуля упругости полиэтилена от поглощенной дозы при комнатной температуре имеет минимум, что объясняется одновременным протеканием двух противоположно направленных процессов разрушением кристаллических областей со снижением степени кристалличноста и увеличением числа поперечных связей. На ранних стадиях облучения влияние первого процесса проявляется в большей степени. При дозах 370—400 Мрад, соответствующих почти полному исчезновению кристаллических областей, наблюдается перелом в ходе зависимости с последующим быстрым возрастанием модуля упругости по мере возрастания дозы излучения. [c.28] При поглощенной дозе, характерной для минимального значения модуля упругости, значение его при комнатной температуре согласуется со значениями, определенными из теории каучукоподобной упругости. Последующее более быстрое увеличение модуля упругости по сравнению с теоретическим может быть объяснено образованием весьма плотной пространственной сетки, к которой теория каучукоподобной упругости неприменима. По данным работы [71], модуль упругости облученного полиэтилена, определяемый при комнатной температуре, достигает удвоенного значения по сравнению с исходным при потоке нейтронов 5-10 нейтрон/см . Аналогичные результаты получены в работе [67], в которой исследовалось действие излучения на упругие свойства полиэтилена низкой плотности (изгиб и растяжение) при измерениях динамическим и статическим методами. [c.28] При более высоких температурах, не превышающих, однако, температуры плавления, облученный полиэтилен ведет себя подобно каучуку только в весьма ограниченной области поглощенных доз, которая расширяется по мере повышения температуры с перемещением нижней границы в сторону меньших доз [72]. При более низких поглощенных дозах, чем дозы, соответствующие области каучукоподобного состояния, значения модуля упругости оказываются выше теоретических (по-видимому, вследствие наличия кристаллических областей, еще не разрушенных излучением). При поглощенных дозах, более высоких, чем дозы, соответствующие области упругого состояния, модуль упругости также превышает теоретические значения вследствие высокой плотности сшивания. Поскольку плотность сшивания не зависит от температуры, ее изменения не влияют на степень сходимости экспериментальных и теоретических результатов. [c.29] Результатами работ [67, 68] показано, что зависимость модуля упругости полиэтилена от температуры для образцов, облученных сравнительно малыми потоками нейтронов, резко изменяется в области температур, соответствующих исчезновению кристаллитов. Для полиэтилена, облученного потоком нейтронов более (8—12)-10 нейтрон/см наблюдается исчезновение резких изменений в ходе кривых или полное отсутствие изменений вследствие аморфизации полимера, обнаруживаемой даже при комнатной температуре. При устранении влияния кристалличности на модуль упругости (при 150 °С) его значение непрерывно возрастает по мере увеличения потоков нейтронов [67]. [c.29] Применимость этой формулы ограничена температурой плавления кристаллитов и поглощенной дозой. [c.29] Измерения модуля упругости полиэтилена высокой и низкой плотности при 140°С после электронного облучения в интервале поглощенных доз от 25 до 100 Мрад показали, что модуль упругости пропорционален поглощенной дозе с учетом поправки на исходную дозу, необходимую для образования пространственной сетки [73]. При дозах более 500 Мрад модуль упругости превышает значения, определяемые исходя из теории каучукоподобного состояния. Свойства такого высокооблу-ченного полиэтилена приближаются к свойствам стеклообразных полимеров, т. е. модуль упругости достигает весьма высоких значений, максимальная упругая деформация снижается, а излом имеет раковиноподобный характер. [c.30] После облучения полиэтилена до дозы 2000 Мрад и выше его модуль упругости при температурах до 200 °С имеет большие значения, чем для необлученных образцов при комнатной температуре. Облучение полиэтилена на электронном ускорителе до поглощенной дозы 1000 Мрад позволяет повысить модуль упругости исходного материала при 30°С в 3 раза. Данные об изменении упругих свойств полиэтилена различной плотности и молекулярного веса в зависимости от условий облучения приведены в работах [9, 63—66]. Показано [74] , что закономерности возрастания значений модуля упругости от поглощенной дозы являются общими при различных видах деформации (например, изгиб, кручение). [c.30] Прочность полиэтилена при испытаниях на сдвиг почти не изменяется до дозы 5000 Мрад. [c.30] В зависимости от типа полиэтилена и условий облучения ударная вязкость либо не изменяется до определенной поглощенной дозы, либо возрастает. Дальнейшее облучение приводит к снижению сопротивляемости ударным нагрузкам. Для полиэтилена низкой плотности при облучении на воздухе снижение ударной вязкости наблюдается начиная с доз 80—100 Мрад. Облучение полиэтилена высокой плотности в вакууме или в инертной среде вызывает увеличение ударной вязкости в 2,5— 10 раз при поглощенной дозе 20—50 Мрад [63]. Дальнейшее увеличение поглощенной дозы излучения вызывает незначительное снижение этого показателя. [c.30] При осуществлении трения стального истирающего диска или ролика по облученному полиэтилену со смазкой и охлаждением зоны контакта водой или маслом ИС-45 наблюдается увеличение износостойкости в 3—5 раз вплоть до дозы 150 Мрад. Аналогичные результаты получены при истирании облученного полиэтилена по абразивной шкурке при испытаниях на машине трения типа машины Шопера. Термическая обработка облученного до 10 Мрад полиэтилена в минеральном масле ИС-45 при 90 °С в течение 1—1,5 ч с последующим охлаждением в воде со скоростью 0,15°С/мин приводит к дальнейшему уменьшению износа, а также коэффициента трения и температуры в зоне контакта. При трении полиэтилена по полиэтилену (марки 20406-007) на машине трения МИ-1М с нагрузкой 10 кгс/см и смазкой зоны контакта маслом ИС-45 наблюдается незначительное улучшение коэффициента трения (0,07—0,05) в широком интервале доз (до 150 Мрад). Температура в зоне контакта при увеличении дозы также несколько понижается (на 2—5°С). Анализ полученных результатов показывает, что наиболее высокой износостойкостью обладает полиэтилен, облученный до доз 10 Мрад и выше. [c.31] Наиболее низкие значения коэффициента трения и температуры в зоне контакта достигаются при термической обработке облученного полиэтилена в масляной ванне при 90 °С, продолжительности выдержки 1—1,5 ч и скорости охлаждения 0,15°С/мин при этом коэффициент трения снижается в 2,0—2,5 раза, а температура в зоне контакта уменьшается на 15—20 °С. [c.31] При исследовании износостойкости облученного полиэтилена низкой плотности методом абразивного истирания по шкурке при нагрузке на образец 2 кгс и длине прохода образца 20 м показано значительное увеличение износа при дозах более 100 Мрад. [c.31] В результате облучения на воздухе при некоторой дозе наблюдается минимум сопротивления ползучести. Эти особенности облучения на воздухе объясняются протеканием специфических процессов радиационного окисления поверхностных слоев полиэтилена. [c.32] Вернуться к основной статье