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.

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

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.

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.