Прочность волокон полимеров

Прочность является одной из важнейших характеристик всех конструкционных материалов, в том числе и полимерных. Полимерные материалы подразделяются на твердые (пластмассы, волокна, пленки), которые характеризуются относительно высокими модулями упругости (10 —10" МН/м ), и мягкие (высокоэластические материалы — резины с модулями упругости 1 — 10 МН/м2). Механизм и закономерности разрушения тех и других существенно различны. В этой главе рассматриваются природа и закономерности прочности твердых полимеров. [c.280]

В зависимости от условий полимеризации и термической обработки большая или меньшая часть полимерного вещества переходит в кристаллическое состояние, поэтому обычно наряду с аморфной в полимере представлена в той или иной степени кристаллическая структура. К распространенным кристаллизующимся полимерам относятся полиолефины (полиэтилен, полипропилен), полиамиды (капрон) и полиэфиры (лавсан). При нагревании кристаллическая структура полимера нарушается, и он переходит в аморфное состояние. Механическая прочность кристаллических полимеров значительно больше, чем аморфных. Например, прочность на разрыв аморфного полиэтилена 20—30, а кристаллического до 700 —1000 MH/м Волоконце полиэтилена длиной 7—10 см и толщиной 0,03—0,04 мм обладает прочностью до 4 ГН/м , в то время как прочность лучших сортов легированной стали около 2 ГН/м . Полиэтилен легче стали в 7—8 раз, поэтому при равной массе полимерное волокно окажется в 15—20 раз прочнее стали. [c.337]

Важность перехода полимеров при определенной температуре в вязкотекучее состояние видна из того, что большинство синтетических волокон формуется из расплавов полимеров (стр. 484). Кроме того, это состояние широко используется для ориентации пачек макромолекул в процессе формования и вытяжки синтетических волокон. При вытяжке пачки макромолекул ориентируются, приобретают правильное расположение, при котором они наиболее сближены друг с другом, а это значительно повышает прочность полимера. Кроме того, в процессе ориентации создаются оптимальные условия межмолекулярного взаимодействия полярных группировок и обрааования (в подходящих случаях) водородных связей между молекулярными цепями. Например, прочность волокна из сополимера хлористого винила и винилацетата в результате вытяжки повышается с 10 до 40 кг/мм , т. е. в четыре раза, а для некоторых полимеров — в 8—10 раз. [c.487]

Сформованное полиамидное волокно имеет очень низкую прочность (10—12 ркм) и большое пластическое удлинение (300— 500%), так как в процессе формования из расплава макромолекулы полимера почти совсем не ориентируются вдоль оси волокна. Для придания волокну требуемых физико-механических свойств его после предварительного кручения подвергают холодной вытяжке (при комнатной температуре) до 3—5-кратного увеличения длины, при этом происходит значительное повышение степени ориентации макромолекул, а прочность волокна возрастает в 4—7 раз, остаточное удлинение уменьшается до 12—25%, и волокно перестает быть пластичным. [c.472]

Прочность связи полимер-волокно лежит в основе главных свойств таких пластиков. Она определяется смачивающей или пропитывающей способностью связующего, величиной адгезии связующего к волокну, усадкой полимерной составляющей при ее отверждении (реактопласты) или затвердевании (термопласты), возможностью химического взаимодействия связующего и наполнителя, значением коэффициента объемного расширения компонентов пластика, относительной деформацией волокна и полимера под действием приложенной механической нагрузки. [c.57]

Рис. 11.12. Зависимость прочности связи полимеров с волокнами от критического поверхностного натяжения смачивания материала волокна.

Прочность при изгибе и при растяжении армированных термопластов. Интересно представить графически, как улучшаются характеристики термопластичных материалов при армировании стеклянным волокном. На рис. 1 приведена зависимость предела прочности материала при растяжении от содержания стеклянного волокна. Прочность неармированных полимеров варьируется в пределах от 140 до 840 кгс/см . При добавлении к ним 40% стеклянного волокна предел прочности повышается до 2100 кгс/см (верхняя линия). Нижняя линия характеризует процесс повышения предела прочности у низкопрочных материалов. Часть диаграммы над пунктирной линией характеризует область значений прочности, которые не могут быть достигнуты у неармированных полимеров. Аналогичные изменения наблюдаются и в отношении модуля упругости (рис. 2). Пределы изменения модуля — от 7-10 до 3,5-10 кгс/см . Введение 40% стеклянного волокна расширяет эти пределы до 1,4-10 кгс/см (верхняя кривая). И снова часть графика, лежащая над пунктирной [c.273]

Зависимость прочности ориентированных твердых полимерных материалов от величины молекулярной массы более сильная, чем изотропных. Действительно, прочность одного и того же ориентированного полимера с увеличением молекулярной массы резко возрастает, а изотропного не изменяется (рис. 144). Для волокон также установлено, что при одинаковой степени ориентации прочность волокна увеличивается с ростом степени полимеризации. [c.234]

В. п. должны иметь мол. массу в пределах 15 ООО— 80 ООО. Волокна, получаемые из полимеров с мол. массой ниже —15 ООО, не обладают достаточной прочностью. С повышением мол. массы В. п. прочность волокна возрастает, т. к. нри атом увеличивается межмолекуляр-1 ое взаимодействие (см. ур-ние). Однако но, тме[1ы с мол. массой больше —80 ООО образуют высоковязкие р-ры и расплавы, формование волокна из к-рых затруд-пе1 0. Формова ше волокон с использованием экструдеров для нодачи вязких масс к фильерам позволит поднять верхний предел мол. массы В. и. до 150 000— 200 ООО и тем самым повысить качество волокон. [c.257]

Жесткие условия формования — быстрое разделение полимера и растворителя — приводят к неоднородности структуры внешних и внутренних слоев волокна. Образовавшийся поверхностный ориентационный слой обычно замедляет крашение и уменьшает общую прочность волокна. При медленном испарении растворителя обеспечиваются более мягкие условия формования и, следовательно, более однородная структура волокна (по сечению). Если скорость испарения достаточно высока, волокно становится пористым я, естественно, хрупким. Таким образом, скорость испарения растворителя влияет на физико-механические свойства и на накрашивае-мость волокна. [c.240]

Прочность связи полимера с наполнителем определяется смачивающей или пропитывающей способностью связующего по отношению к волокну адгезией связующего к волокну (для стекловолокна ее повышают аппретированием) усадкой при отверждении отношением температурного коэфф. линейного расширение волокна и полимера характером подготовки наполнителя влиянием химич. состава и структуры наполнителя на физико-химич. свойства связующего. [c.101]

В зависимости от характера привитого полимера, в частности от содержания в нем полярных или неполярных групп, абсолютная прочность волокна может снижаться или несколько повышаться. Уд. прочность волокон, рассчитанная на единицу сечения, обычно снижается в результате увеличения диаметра (толщины) нити после прививки. [c.136]

Сухое волокно вытягивается при более высоких темп-рах (150—160 °С). Этот способ наиболее эффективен, однако применяется в основном при получении волокна технич. назначения, т. к. при 150—160 °С П. в. приобретают слегка кремовый оттенок из-за химич. изменений макромолекул (группы — С К превращаются в последовательности групп —С = N— с сопряженными двойными связями). Часто применяют комбинированные режимы придания ориентированной структуры полимеру в волокне. В этом случае свеже-сформованное волокно незначительно вытягивается для придания ему нек-рой прочности после осаждения, затем следует отмывка от растворителя и далее, перед сушкой, волокно подвергается основной вытяжке. В случае необходимости повышения прочности волокна его вытягивают еще раз в сухом состоянии. [c.350]

Диффузионное растворение волокон и пленок, помещенных в растворитель, происходит вслед за набуханием, при котором прочность волокна или пленки быстро падает еще до начала интенсивного растворения. Схематически это показано на рис. 5, а. Растворение набухшего образца в растворителе при повышении температуры происходит в том случае, если волокно или пленку нагревать выше температуры текучести (температуры плавления) при данном соотношении полимер растворитель. Скорость растворения (плавления) велика, так как она не лимитируется диффузионными процессами. [c.20]

Б. Л. Цетлин. При относительно небольших степенях превращения исходная прочность волокна сохраняется. Однако при содержании привитого полимера более 15—20 вес.% прочность волокна начинает падать. [c.138]

Полиамидные смолы. Полимеры этого типа являются синтетическими аналогами белков. В их цепях имеются такие же, как в белках, многократно повторяющиеся амидные —СО—NH— группы. В цепях молекул белков они разделены звеном из одного С-атома, в синтетических полиамидах — цепочкой из четырех и более С-атомов. Волокна, полученные из синтетических смол, — капрон, энант и анид —по некоторым свойствам значительно превосходят натуральный шелк. В текстильной промышленности из них зырабатывают красивые прочные ткани и трикотаж. В технике исиользуют изготовленные из капрона или аннда веревки, канаты, отличающиеся высокой прочностью эти полимеры применяют также в качестве основы автомобильных щин, для изготовления сетей, различных технических тканей. [c.506]

Полимеры Плотность, 2 см прочность разрывн., км Удлинение. % Область размягче- ния Температура стеклования, °С Пот еря прочности волокна пр 100 " по сравнению с прочностьк> при 20" ." [c.344]

Получение исходного материала (полупродукта). Для синтетических волокон это синтез полимеров — получение смолы. При всем разнообразии исходных полимерных материалов к ним предъявляются следующие общие требования, обеспечивающие возможность формования волокна и достаточную прочность его а) линейное строение молекул,позволяющее растворять или плавить-исходный материал для формования волокна и ориентировать молекулы в волокне б) ограниченная молекулярная масса (обычно от 15000 до 100 000), так как при малой величине молекулы не достигается прочность волокна, а при слишком большой возникают трудности при формовании волокна из-за малой подвижности молекул в) полимер должен бЕлть чистым, так как примеси, как правило, сильно понижают прочность волокна. [c.208]

Совершенно ясно, что роль нагружения цепи и ее разрыв будут совсем разными для трех механизмов, определяющих прочность полимера. В данной книге неоднократно утверждалось, что способность цепных молекул нести нагрузку становится более эффективной, если ориентация цепи и межмолекулярное притяжение вызывают постепенное накопление больших напряжений вдоль оси цепи и препятствуют проскальзыванию последней и образованию пустот. Именно по этой причине высокоориентированные волокна полимеров наиболее удобны для изучения нагружения цепи и ее разрыва. В гл. 7 были рассмотрены экспериментальные результаты образования механорадикалов и их преобразование. В отношении феноменологических представлений о процессе разрушения в литературе мало разногласий. В первом разделе данной главы будет рассмотрен наиболее спорный вопрос о возможном влиянии разрыва цепи и реакций радикалов на предельную прочность. [c.227]

О влиянии длины цепей и их распределения на механические свойства изотропных и подвергшихся ориентационной вытяжке полимеров в литературе имеются весьма противоречивые сведения. Имеются данные о линейной зависимости между прочностью капронового волокна и величиной обратной молекулярной массы , но это — кристаллизующийся полимер и поэтому к подобным корреляциям следует отнестись осторожно. Наиболее существенные изменения прочности связываются с областью молекулярных масс З-Ю —15 10 т. е. там, где резко меняется прочность изотропного полимера. Обнаруживается также линейная зависимость между логарифмом прочности волокна и обратной величиной молекулярной массы полимеров, однако, в случае волокон, которые всегда кристалличны, тип зависимости любого параметра от М связан не с готовой структурой, а с технологической предысторией, где доминируют реологические факторы. Для ориентированных пленок поливинилацетата наблюдается линейное увеличение прочности с молекулярной массой. Однако эта зависимость четко проявляется лишь по достижении молекулярных масс, при которых прочность изотропного поливинилацетата становится неизменной. При изучении аморфных полиметилметакрилата, полистирола и поливинилацетат, получаются близкие результаты, хотя соответствующие зависимости не являются строго линейными. На механические свойства ориентированных полимерных материалов гораздо больше влияют условия формован 1я и вытяжки волокон и пленок [22].-Влияние молекулярной массы на механические свойства линейных аморфных полимеров следует оценивать с учетом изложенных представлений об их квазисетчатом строении. Прочность и другие механические свойства полимеров определяются их строением, однако при формовании и вытяжке волокон молекулярная масса полимера регулирует протекание процессов ориентации макромолекул, определяя структурные особенности и свойства получаемых полимерных материалов. [c.197]

Патентом [481 предложено изготовлять полиэфирное волокно из гомополимера или из сополиэфиров с меньшей молекулярной массой, определяемой по характеристической вязкости в о-хлорфеноле. Как видно из рис. 8.5, удовлетворительный уровень пиллингообразования достигается, если вязкость полимера в волокне находится в пределах 0,35—0,49. При такой вязкости прочность волокна не снижается ниже 270 мН/текс (27 гс/текс). Одновременно, чтобы не увеличивать сминаемость тканей из сонолиэфирных волокон, температура стеклования сополимера должна быть на 5—10 "С выше температуры в стиральных машинах (около 60 °С). [c.234]

Применяемые на практике волокна должны сочетать в себе высокую прочность на разрыв с известной упругостью. Низкомолекулярные вещества не могут удовлетворять этим требованиям, так как даже незначительная подвижность небольших молекул сразу повлечет за собой потерю ориентации, а следовательно, и снижение прочности в данном направлении если же ориентация этих молекул зафиксирована, тело становится твердым и малодефор-мируемым. В полимерах эти противоречивые требования вполне совместимы, так как большое время релаксации, характерное для целых макромолекул и больших их участков, обеспечивает устойчивость ориентированной структуры и прочность волокна, а малые периоды релаксации — подвижность небольших отрезков цепи, обусловливающую упругие свойства. [c.467]

Вопрос о влиянии наполнителей на термомеханические свойства был детально изучен в ряде работ [279—281]. Так, при исследовании наполненных стеклянным порошком и стеклянными волокнами пленок полистирола, поливинилацетата, полиметилметакрилата и других полимеров были получены результаты, в основном аналогичные уже описанным. Установлено различие во влиянии порошкообразных и волокнистых наполнителей на температуры пере.ходов на термомеханических кривых волокнистый наполнитель уже при содержании 2,5% может изменять температуру размягчения полимера на десятки градусов, Гт при этом не меняется, в то время как при таких же концентрациях порошкообразный наполнитель оказывает сильное влияние- на Гт и незначительное— на температуру размягчения. Различия во влиянии наполнителей того и другого типа объясняются тем, что волокнистый наполнитель вследствие анизодиаметричности его частиц обладает гораздо большей склонностью к образованию собственных структур в среде полимера, чем порошкообразный. Это структурирование влияет на температуру размягчения и определяет во многом деформационное поведение композиции. При этом прочность структур зависит от прочности прослоек полимера между частицами, определяемой характером взаимодействия между полимером и поверхностью. [c.157]

Был предложен следующий механизм деформации наполненного полимера. Если бы все определялось только прочностью прослоек полимера, скрепляющих волокна, то независид1о от содержания волокнистого наполнителя заметная деформация проявлялась бы при одной и той же температуре, так как рост концентрации наполнителя увеличивает только число контактов в местах, которые могут рассматриваться как узлы структурной сетки. Однако при малых степенях наполнения для деформирования достаточно поворота волокон около места контакта без его нарушения. Такой поворот возможен только при малом наполнении, пока наполнитель сам не образует сплошной сетки. При большом наполнении чисдо контактов и жесткость структуры, образованной наполнителем, возрастают. Для осуществления заметной деформации необходим вначале разрыв отдельных контактов, для чего нужно повышение температуры. [c.157]

В этой главе рассмотрены механизмы разрушения и теория прочности твердых полимеров — некристаллических (полимерные стекла) и кристаллических (пластмассы, волокна и пленки). В хрупком и квазихрупком состояниях при разрушении ведущим процессом является термофлуктуационный разрыв химических связей, а в пластическом (вынужденном высокоэлас- [c.189]

Достижение высокого начального модуля даже для грубо сфор-мованного волокна обычно означает, что полимер способен образовывать высокопрочные/високомодульные волокна. Высокая прочность волокна, в значительной мере зависящая от его качества (например, отсутствие полостей, трещин и т. д.), может быть часто увеличена путем оптимизации процесса прядения, например правильным выбором растворителя, метода формования и условий коагуляции. [c.170]

Волокна поли-лара-бензамида (ППБА), изготовленные путем прядения даже из анизотропных растворов в органических растворителях, обладают худшими качествами по сравнению с приведенными в табл. 1. Это объясняется тем, что при прядении использовались полимеры более низкого молекулярного веса и с меньшей концентрацией в растворе. Например, Престон и Хофферберт [31] и Кволек и др. [30] путем мокрого прядения получили волокна, формуемые из ППБА с удельной вязкостью т]1пь=1,5—1,6. Приводимые этими авторами прочностные свойства свежеоформованных волокон равны 7 / /Л1г = 10,4/4,1/483 и 8,6/3,0/470 соответственно. Важно отметить, что значения относительного удлинения при разрыве и начального модуля свежеспряденных волокон оказались сравнимыми независимо от того, прялись ли ППБА волокна из органического растворителя или из серной кислоты (табл. 1). Однако прочность волокна, формуемого из первого растворителя, составила меньше половины по сравнению с прочностью волокна, формуемого из серной кислоты. [c.171]

Переход из высокоэластического в стеклх)образное состояние, т. е. стеклование, является характерным для полимерных материалов, и многие прозрачные (аморфные) пластики находятся в обычных условиях в стеклообразном состоянии. Если же от полимерных материалов (нанример, волокон, пленок н т. п.) требуется высокая прочность, и стабильность размеров и формы, применяют кристалли-зуюш иеся полимеры. В частности, в случае волокон для достижения высокой прочности одной кристаллизации оказывается недостаточно, поскольку прочность волокна в продольном направлении возрастает благодаря молекулярной ориентации. Как уже отмечалось ранее, возможность регулирования физических свойств полимерных материалов в широких пределах наряду с легкостью их переработки в изделия обусловливает широкое применение таких материалов в различных отраслях промышленности. [c.167]

Технология. Ф. в. из расплава применяется для полимеров, у к-рых темп-ра плавления лежит ниже их темн-ры пиролитич. распада. По этому методу производятся полиамидные (из ноли-е-капроамида и ио-лигексаметиленадипинамида), полиэфирные, полипропиленовые, полиформальдегидные волокна. Полимер в виде гранул поступает под действием собственного веса или с помощью шнека в плавильное устройство. Последнее представляет собой экструдер, змеевик, обогреваемый высокотемпературным теплоносителем, или различного вида устройства с омич, электроподогревом (свернутая спираль, пластина из серебра или алюминия, колосники и др.). Наиболее прогрессивное оборудование — экструдер. Он позволяет перерабатывать высоковязкие полимеры, из к-рых иолучают волокна высокой прочности. Расплав из плавильного устройства дозируется зубчатым насосом п под давлением в несколько Мн м (несколько десятков кгс/см ) продавливается через отверстия фильеры диаметром от 0,25 до 0,50 мм. Вытекающие струи проходят через вертикальную шахту, в к-рой циркулирует кондиционированный воздух. Струи затвердевают и наматываются в виде непрерывной нити на приемную бобину. [c.376]

Зоннерског [1254] считает, что волокна высокой прочности лучше получать экструзией полимера со средним молекулярным весом и дальнейшим проведением непрерывной полимеризации горячетянутого волокна в твердой фазе. Такая операция вызывает значительное повышение разрывной прочности волокна. Экструзия полимера с высоким молекулярным весом не дает такого увеличения прочности, вероятно, вследствие [c.274]

Введение в полиэтилентерефталат 1—5% остатков дикарбоновых кислот, длина которых равна или близка длине звеньев терефталевой кислоты (например адипиновой, транс- и цыс-гексагидротерефталевой, дигликолевой), позволяет увеличить прочность волокна из этого полиэфира, сделать его более эластичным 2>з5, 2346 Так, если волокно из полиэтилентерефталата имеет прочность 40—42 ркм, то прочность волокна из смешанного полиэфира составляет 60—61,5 ркм. Положительное модифицирующее влияние на свойства полимера оказывает и замена в полиэтилентерефталате части терефталевой кислоты на эйкозаметилендикарбоновую 2>54 или изофталевую 2>40 [c.206]

При прививке поливинилиденхлорида наблюдали повышение огнестойкости целлюлозного волокна, причем огнестойкость растет с увеличением привеса. Однако прочность волокна после облучения падает, что связано с действием на целлюлозу хлористого водорода, выделяюш егося при облучении хлористого винилидена, и, особенно, его полимера. Это затрудняет применение радиационного метода для прививки к целлюлозе поливинилиденхлорида. [c.156]

Процессы поглощения газов резинами, содержащими наполнители, существенно отличаются от процессов растворения газов в ненаполненных полимерах. Величина коэффициента сорбции в этом случае определяется не только растворимостью газа в полимерной фазе материала, но и сорбцией газа несмоченной каучуком поверхностью частиц наполнителя, а также количеством газа, механически удерживаемого флокулами наполнителя. Значения О в большинстве случаев уменьшаются с повышением содержания наполнителя [до 20% (об.)], что обусловлено главным образом увеличением пути молекул газа за счет вынужденного огибания частиц наполнителя. На снижение О влияет также уменьшение числа конформаций цепных молекул при их взаимодействии с поверхностью частиц наполнителя. В системах с большой разницей полярностей на границе раздела полимер — наполнитель наблюдается значительное увеличение коэффициентов диффузии с повышением содержания наполнителя [29]. Возможно, что отдельные области адсорбированного газа на частицах наполнителя, сливаясь, могут образовывать пути для поверхностной диффузии газа вдоль сетчатой структуры наполнителя в резине. Подобного рода механизм процесса переноса газа возможен и для полимеров с волокнистыми наполнителями, газопроницаемость которых существенно зависит от прочности связи на границе волокно — полимер [51, 52], [c.353]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология