ТЕРМОФИКСАЦИЯ ПОЛИОЛЕФИНОВЫХ волокон
Вытянутые полиолефиновые волокна, находящиеся в анизотропном состоянии, при нагревании переходят в изотропное состояние11' 19’20 (рис. 82). Переход полипропиленовых волокон в изотропное состояние зависит не только от температуры, но также и от структурного состава.
Волокна, содержащие в своем составе атактические структуры, характеризуются большой усадкой вследствие пластифицирующего действия этих структур на изотактический полипропилен21. Величина обратимой деформации должна повышаться с увеличением степени вытягивания волокон. В действительности для полиолефиновых волокон этого не наблюдается. Макси
мальную усадку имеют полиэтиленовые и полипропиленовые волокна, вытянутые иа 100% (рис. 83). Следует отметить, что даже при этой степени вытягивания полиолефиновые волокна не возвращаются в начальное анизотропное состояние. Такое явление, очевидно, связано с ограниченным перемещением кристаллических структур под влиянием температуры.
80Y гоо 4оо ооо Степень вытягивания, % Рис. 83. Зависимость усадки полипропиленового волокна, содержащего 20% атактической структуры, от степени вытягивания и температуры (е °С): 1—140; 2—120; 3-100; 4—80; 5—60. |
/оо гоо зоо т юо воо 7оо Степень Вытягивания, ■% Рис. 82. Зависимость усадки полипропиленового волокна от степени вытягивания и температуры (в°С): 1—140; 2—120; 3—100; 4—80. |
Для уменьшения величины обратимой деформации волокна подвергают термообработке, в результате которой они сохраняют свои размеры постоянными при всех температурах. В процессе термообработки происходит снятие напряжений и образование новых связей вследствие изменения конформационного набора макромолекул, т. е. происходят релаксационные процессы. В результате терморелаксации полиолефиновых волокон изменяется разрывная прочность, относительное удлинение, плотность и другие свойства. Процесс термофиксации волокон осуществляется как в свободном, так и напряженном состояниях.
Исследования термофиксации полипропиленового волокна под натяжением и в свободном состоянии показывают, что на свойства волокна оказывают влияние участки цепей, не вошедшие в кристаллы15. Если вытянутое волокно термофиксируется в свободном состоянии, то происходит повышение кристалличности вследствие дезориентации аморфных участков, но ориентация кристаллов не изменяется. При этом происходит понижение начального модуля и возрастание относительного удлинения при разрыве. При термофиксации волокна в напряженном состоянии
ориентация кристаллов также не меняется, но прочность при разрыве и начальный модуль возрастают. Такое поведение объясняется растущей ориентацией цепей, находящихся в аморфных участках. Следовательно, нагревание и натяжение оказывают наиболее сильное действие на отрезки цепей, расположенных в аморфных участках, изменение ориентации которых влияет на механические свойства волокна.
В работе18 показано, что температура обработки полиэтиленового волокна в свободном состоянии в интервале температур 50—90 °С не вызывает изменения механических свойств. При более высоких температурах наблюдается резкое понижение прочности при одновременном повышении удлинения. Окружающая среда, в которой происходит термообработка волокон, также оказывает влияние на изменение свойств. Волокна, обработанные в среде теплоносителя, в котором происходит даже незначительное набухание полимера, имеют большую величину усадки, чем в инертной среде. Изменение свойств полиолефиновых волокон, термофиксированных в свободном состоянии и под натяжением, приведены в табл. 43.
ТАБЛИЦА 43
Механические свойства полиолефиновых волокон, термо(риксированных в свободном состоянии и под натяжением2Н8
Условия обработки |
Прочность ркм |
Удлинение о/ /0 |
Плотность г'с м% |
Исходное полиэтиленовое волокно. |
47,6 |
5,6 |
|
Термофиксация в свободном состоя |
|||
нии............................................................................. |
43,1 |
9,1 |
— |
Термофиксация в напряженном со |
|||
стоянии.................................................................... |
48,1 |
5,1 |
— |
Исходное полипропиленовое волокно |
45,0 |
24,0 |
0,8955 |
Термофиксация в напряженном со |
|||
стоянии.................................................................... |
47,0 |
22,0 |
0,8990 |
Полиолефиновые волокна, термофиксированные в напряженном состоянии, имеют меньшую величину равновесной усадки по сравнению с волокном, термофиксированным в свободном состоянии2, 18,22. Ю. А. Зубов и Д. Я - Цванкин23 исследовали процесс термофиксации полипропиленового волокна при разных температурах методом рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами (табл. 44). При использовании этого метода авторы исходили из фибриллярной модели кристаллического полимера.
Из данных табл. 44 видно, что при термофиксации полипропиленового волокна при 100 и 130 СС величина большого периода и кристалличность практически не изменяются; при температурах, близких к температуре плавления полимера (165, 167°С), большой период возрастает более чем вдвое. Размеры кристаллов увеличиваются также более чем в два раза, а средний размер аморфных участков возрастает в полтора раза. При этом степень кристалличности, рассчитанная на основании рентгенографических данных, возрастает на 5%, а по плотности—на 10%. Степень кристалличности а по плотности рассчитывалась по формуле:
Р — Ра
а = -------------
Рк Ра
где р—плотность, определенная экспериментально;
ра—плотность аморфных областей, равная 0,850 г/см3', ок—плотность кристаллов, равная 0.936 г! см3.
ТАБЛИЦА 44 Влияние температуры термофиксации на структуру полипропиленового волокна
|
Повышение плотности полипропиленового волокна, по мнению авторов, связано не только с изменением кристалличности, но и улучшением степени ориентации.
Таким образом, проведенные исследования показывают, что при термофиксации полиолефиновых волокон в напряженном состоянии происходит повышение физико-механических свойств.