ОСОБЛИВОСТІ Орієнтаційні Витягування Профільовані ПЛІВОК З ПОЛІПРОПІЛЕНУ
Останнім часом у промисловості широко використовується новий метод виробництва поліпропіленових волокон і ниток, для отримання яких поряд з плоскими плівками застосовуються і профільовані, з чергуються потовщеннями і утонением. Профілювання плівки досягається шляхом застосування фасонних фільєр з періодично розташованими отворами різного перетину. Таке профілювання забезпечує при орієнтації мимовільно фібриляцію плівки без застосування спеціальних фібрілляторов [1], що є істотною перевагою перед звичайним способом отримання фібріллірованних волокон і ниток, при якому доводиться використовувати додаткове механічне розщеплення.
У літературі практично відсутні дані, пов'язані із з'ясуванням основних закономірностей деформації профільованих плівок. Мета цієї роботи - дослідження особливостей цього процесу.
Об'єктом дослідження служила профільована плівка, отримана у виробничих умовах з розплаву ПП. Профіль плівки був утворений регулярним чергуванням стоншування і потовщених частин, розміри яких становили: для потовщених ділянок - ширина 2000, товщина 450 мкм, для стоншування - 3500 і 225 мкм відповідно.
Деформацію плівки проводили на динамометрі типу Поляни при 25 і 140 °. Фізико-механічні властивості витягнутих плівок визначали при 25, -70 і -130 °. Щільність р плівок вимірювали флотаційним методом [2].
Структуру вихідної профільованої плівки досліджували методом малокутового розсіювання поляризованого світла за інтенсивністю центрального рефлексу на ffc-дифрактограми. ІЧ-спектри плівок записували в звичайному та поляризованому випромінюванні на спектрофотометрі UR -20. Поляризатор складався з селенових пластин. Ступінь кристалічності х зразків визначали по відношенню оптичної щільності смуг поглинання кристалічного (998 см-1) і аморфної (975 см-1) фаз в неполяризованим випромінюванні за методикою [3]. Молекулярну орієнтацію полімерних ланцюгів d оцінювали за величиною дихроизма смуги 1380 см -1 [4].
На рис. 1 представлені дифрактограми малокутового розсіювання поляризованого світла складовими частинами невитянутой профільованої плівки. Видно, що структура потовщеною і стоншування частин плівки складається з сферолітов, які відрізняються за розмірами, щільності упаковки і деформації дифрактограм малокутового розсіювання поляризованого світла утонения частини плівки має чотирипелюсткових форму з інтенсивним центральним плямою в області малих кутів розсіяння (рис. 1, а). Така дифрактограм характерна для пухких, нещільно упакованих сферолітов. При переході до потовщеної частини плівки (рис. 1, б) спостерігається поряд з незначним збільшенням розмірів сферолітов зростання їх щільності і деформації. Отримані дані узгоджуються з результатами по визначенню щільності стоншування і потовщеною частин плівки, яка становить 901,5 і 903,5 кг / м 3 відповідно. Неоднорідність структури проявляється також і по товщині плівки. Так, щільність верхнього зрізу потовщеною частини - 904,0, нижнього - 903,0 і середнього - 901,5 кг / м 3
Рис. 1. дифрактограми малокутового розсіювання поляризованого світла стоншення (а) і потовщеною (б) частинами плівки
Отже, вже при отриманні вихідної профільованої плівки її потовщена і стоншування частини розрізняються між собою за структурою, що, природно, має виявитися в процесі подальшого орієнтаційного витягування плівки.
Наявність такого ефекту при одноосной деформації непрофілірованного плівок з різними надмолекулярних структурами вже зазначалося в літературі [5, 6].
Результати дослідження орієнтаційного витягування профільованої плівки та її складових (стоншування і потовщеною частин) при 140 ° наведені на рис. 2, а. У утонения складової плівки (крива 1) утворення шийки і рекристалізація починаються при менших деформаціях в порівнянні з потовщеною складової (крива 2), що знаходиться у відповідності з розглянутими вище експериментальними даними по структурі вихідної профільованої плівки. При однакових ступенях деформації, як випливає з рис. 2, більш орієнтована структура повинна утворюватися в утонения складових плівки. Із зіставлення кривих 1, 2 з кривою 3 (рис. 2, а) видно також, що загальна деформація профільованої плівки виявляється більшою, ніж у її складових.
У процесі деформації профільованої плівки зменшується ставлення поперечного розміру потовщеною складової до стоншування порівняно з вихідною плівкою. Для вихідної плівки ставлення поперечного розміру потовщеною складової до стоншування дорівнює 2, а для орієнтованої - 1,7, що свідчить про більшу ступеня деформації потовщеною складової. Подібна поведінка при деформації профільованої плівки можна пояснити тим, що при її орієнтаційному витягуванні за рахунок різної вихідної структури складових відбувається перерозподіл маси полімеру з потовщеною складової в стоншування, що і є причиною підвищення ступеня витягування профільованої плівки в порівнянні з її складовими. Перерозподіл полімеру викликає утворення більш рівномірної структури по всьому об'єму.
При зниженні температури орієнтаційного витягування профільованої плівки до 25 ° процес перерозподілу маси полімеру з потовщеної частини у витончену хоча і спостерігається, але він утруднений внаслідок зменшення рухливості макромолекул. Це підтверджується даними, представленими на рис. 2, б, з яких видно, що деформація плівки (крива 3) незначно відрізняється від деформації її складових (криві 1, 2). При дуже високих ступенях деформації при вказаній температурі як у вихідній плівці, так і в її складових утворюються дефекти у вигляді порожнеч (побіління зразків), за якими відбувається їх руйнування, і тому ефект перерозподілу маси полімеру з однієї частини плівки в іншу практично не виявляється.
Після встановлення особливостей деформації профільованої плівки та її складових були досліджені властивості і структура плівки, витягнутої при 140 °, і її складових частин (табл. 1). При однаковій мірі витягування, як видно з табл. 1, максимальну подовжню розривну міцність про мають утонение частини плівки, а мінімальну - потовщені, що пов'язане з їх різною вихідною структурою. Дійсно, з даних ІЧ-спектроскопії видно, що показник орієнтації d утонения частини плівки вище, ніж потовщеною, і зростає з підвищенням ступеня витягування. Утонение і потовщені частини орієнтованої плівки різняться також за ступенем кристалічності%, що нижче в потовщених частинах.
Міцність про профільованої плівки вище, ніж її потовщеною частини, але нижче у порівнянні з утонением (табл. 1). Мабуть, в даному випадку помітно не позначається вплив масштабного чинника зміну розривної міцності, як зазначено у роботі [7]. Різниця у властивостях орієнтованої при 140 ° профільованої плівки та її складових частин при досліджуваної температурі випробування (25 °) також пов'язано певною мірою з перерозподілом маси полімеру за обсягом, як і при вивченні залежності напруга - деформація для неориентированной плівки. Внаслідок цього профільована плівка має більш високе значення розривного подовження е в порівнянні з її складовими (табл. 1). Необхідно відзначити, що відносне перерозподіл маси полімеру в орієнтованій плівці при 25 ° проявляється помітніше, ніж при деформації неорієнтованого матеріалу при даній температурі. Це, мабуть, пов'язано зі структурними особливостями орієнтованого і неорієнтованого полімерного матеріалу, що впливають на його деформацію.
Слід звернути увагу, що профільована плівка, незважаючи на більш високу о, має величину модуля Е нижче в порівнянні з її потовщеною частиною (табл. 1). Однак величина Е профільованої плівки при перерахунку навантаження на перетин потовщеною частини практично відповідає значенню модуля потовщеною частини і становить при досліджуваних деформаціях (450, 650 і 850%) 940, 1470 і 2000 МПа відповідно. Виходячи з наведених даних, можна припустити, що при невеликих подовженнях, при яких визначається модуль пружності, основне навантаження, пов'язану з деформацією валентних кутів макромолекул, сприймає менш орієнтована частина матеріалу, в даному випадку потовщена складова плівки.
Ймовірно, розглянуті закономірності структури профільованої плівки в процесі її випробування при 25 ° повинні у меншій мірі виявлятися при більш низьких температурах. Були досліджені властивості плівкового матеріалу при -70 і -130 °. З даних табл. 2 видно, що міцність профільованої плівки при -70 ° дорівнює міцності потовщеною частини, а при -130 ° перевищує її. У цьому випадку фізико-механічні властивості зразків визначаються вже масштабним фактором, як це зазначено в роботі [7], оскільки при таких низьких температурах (нижче Т с) не відбувається перерозподіл маси полімеру.
Таким чином, процес деформації профільованої плівки, що складається з чергуються потовщених і стоншування ділянок з різною вихідною структурою, супроводжується перерозподілом маси полімеру з потовщеною частини, як менш орієнтованою, в стоншення. При цьому відбувається вирівнювання структури полімеру за обсягом, що підвищує міцність і еластичність профільованої плівки.
Як було зазначено раніше, з профільованої плівки отримують фібріллірованние нитки, які застосовуються для виготовлення різних виробів. Тому вивчення співвідношення розмірів складових плівки і її здатності до спрямованої фібриляції для отримання. волокнистих матеріалів із заданими властивостями має бути предметом подальших досліджень. При деталізації механізму процесів орієнтаційного перетворення полімеру необхідно також враховувати залежність поздовжньої в'язкості від умов деформації, вплив яких вперше було показано в роботах Каргіна та Соколову [8].
ЛІТЕРАТУРА
1. Половіхіна Л. А., Кримов А. В., Светлицький Ю. А., Шитова О. М., Звєрєв М. П. / / Хім. волокна. 1986. № 1. С. 20.
2. Михайлов М. В., Горбачова В. О., Зав'ялова Н. Я. / / Хім. волокна. 1960. № 1. С. 19
3. Quynri RG, Riley JL, Young DA, Noether HD / / J. Appl. Polymer Sci. 1959. V. 2. № 5. P. 166.
4. Звєрєв M. П., Половіхіна Л. А., Литовченко Г. Д., Іванова І. О. / / Високомолек. Соед. Б. 1983. Т. 25. № 5. С. 372.
5. Каргін В. А., Соколова Т. І., Рапопорт-Молодцова Н. Я. / / Високомолек. соед. 1964. Т. 6. № 9. С. 1562.
6. Каргін В. А., Соколова Т. І., Шапошникова Т. К. / / Докл. АН СРСР. 1968. Т. 180. № 4. С. 903.
7. Савицький А. В., Горшкова І. А., Демічева В. П., Шмікк Г. Н. / / Хім волокна.1982.. № 4. С. 9.
8. Каргін В. А., Соколова Т. І. / / Журн. фіз. хімії. 1949. Т. 23. С. 540.