Научные основы процесса упрочнения пэтф-нитей при ориентационном вытягивании и высокоскоростном формовании (стр. 4 )

Это означает лишь то, что технологические параметры стадии вытягивания должны целенаправленно изменяться в зависимости от планируемой области применения нитей. Остальные образцы мононитей имеют меньшую прочность, отличаются степенью кристалличности и показателями устойчивости к истиранию.

Структурно–механические свойства согласуются с электронно-микроскопическими фотографиями поверхности сколов образцов мононити. Грубую морфологию имели образцы I, ІІ и ІІІ с неравномерными фибриллоподобными элементами диаметром 15-300 нм. Наибольшей равномерностью фибриллярной структуры отличался образец типа V, в котором наблюдалась продольная и поперечная периодичность упаковки фибрилл диаметром 7-20 нм, поэтому образец имел значительно более высокую разрывную прочность по сравнению с другими типами.

Методом ДТА показано, что типы І–ІІІ содержат кристаллиты из частично распрямленных и складчатых цепей, а образец V– кристаллиты из распрямленных цепей и наиболее упорядоченные аморфные области. С этим связаны и различия в кинетике разрушения указанных образцов при абразивном и усталостном износе. У образца V устойчивость к абразивному износу понижается, а к усталостному износу – возрастает.

Таблица 6

Условное время релаксации образцов I-V при различных

температурах приведения

ТО О	I	II	III	IV	V
20 40 50 60 70 80 90 100	3,6. 104 5,4. 102 2,7. 10 3 2,5. 10-1 2,5. 10-2 5	5,6. 104 1,6.102 5,3.10 3 1 1,7. 10-2 3,3. 10-3	1,1. 105 4,2. 103 2,6. 102 1,6. 102 3,3. 10 1,7 1,7. 10-1 1,7. 10-3	1,3. 104 3,3. 102 1,6. 102 6 6,7. 10-1 3,3. 10-1 6,7. 10-3 3,3. 10-3	6,7. 103 1,1. 102 4,1. 102 2,6. 10 1,1. 10-1 6,5. 10-1 3,3. 10-2

Из обобщенных кривых при различных температурах приведения (табл.6) были рассчитаны значения τ указанных образцов мононити. При повышении температуры приведения условное время релаксации уменьшается для всех типов образцов мононити. При ТО=100О для типа V значение τ становится примерно на порядок больше, чем у других типов. Это указывает на более высокую структурную упорядоченность типа V и его устойчивость к воздействию температуры.

Из проанализированных в диссертации обобщенных кривых при ТО=60О следует, что более высокие значения модуля во всем диапазоне температурно-временной шкалы имеет образец V, а наименьшее – ІV. Образцы I–III занимают промежуточное положение. Из спектра времен релаксации исследованных образцов можно судить о равномерности структуры нити: чем уже и выше пик спектра,

По температурной зависимости lgaт от 1/Т приближенно можно оценить кажущуюся энергию активации релаксации5: ΔHa=2,3R dlgaт / d(1/Т) (4)

тем равномерней нить. Образец V имеет наиболее узкое распределение времен релаксации, свидетельствующее о более равномерной структуре. Наименее однороден тип IV. Из сопоставления спектров образцов I–III следует, что процесс термофиксации снижает интенсивность релаксации, сдвигая спектр в сторону больших времен релаксации.

По температурной зависимости lgaт от 1/Т приближенно оценивали кажущуюся энергию активации релаксации:

ΔHa=2,3Rdlgaт/d(1/Т) (4)

В табл.7 приведены значения lgaт при различных температурах приведения, а в табл.8 приведены рассчитанные по формуле (4) величины ΔНа. Для всех образцов найдены две энергии активации, отвечающие температурным областям, лежащим ниже и выше ТС, и находящиеся в разумном согласии с литературными данными – 109 и 306 кДж/моль для первого и второго температурного интервала соответственно.

Таблица 7

Значения коэффициента lg ат образцов I-V при различных

температурах приведения

ТОО	I	II	III	IV	V
20	3	2,8	2,9	3,2	2,2
40	1,8	1,15	1,3	1,4	1,2
50	1,1	0,3	1,0	1,1	0,9
60	0	0	0	0	0
70	-0,7	-1,15	-0,7	-0,9	-0,9
80	-2	-1,8	-2	-1,3	-1,7
90	-3,5	-3,3	-2,9	-3,3	-2,2
100	-5,5	-5,45	-5	-4,2	-3,3

Таблица 8

Значения кажущейся энергии активации релаксации ΔHa ,кДж/моль

Тип нити	20-60ОС	60-100ОС
I	126	293
II	118	277
III	126	265
IV	134	227
V	84	193

Существование двух энергий активации обусловлено тем, что ниже ТС релаксация идет за счет локальной перегруппировки межмолекулярных связей, а выше ТС –за счет локального перемещения участков структур, входящих в микрофибриллы. Заметное же различие в значениях ΔНа для образцов I–V можно объяснить их структурными особенностями, рассмотренными выше.

Приведенные данные позволяют заключить, что одностадийное вытягивание с фиксированной кратностью при заданной температуре не может рассматриваться в качестве оптимального варианта при получении нитей с тем или иным комплексом деформационно-прочностных свойств.

Действительно, вследствие возрастания времен релаксации и структурно-механического стеклования невозможно в одну стадию использовать все возможности ориентационного упрочнения. Для реализации подвижности более медленно релаксирующих элементов структуры и повышения прочности необходимо последовательное увеличение температуры и кратности вытягивания. На первой стадии структурная перестройка касается элементов с относительно малыми временами релаксации. На этой стадии еще не создается структурная упорядоченность, обеспечивающая высокую прочность. Для «принуждения» к дальнейшей ориентации структур с большими временами релаксации, возникших на первой стадии, на следующей стадии нужно подвести дополнительную тепловую энергию и увеличить степень растяжения. Таким же образом следует поступать и далее. В результате охваченным окажется спектр времен релаксации различных структурных элементов, что обеспечит увеличение общей ориентации и структурной упорядоченности по всему

объему нитей, снижая образование дефектов структуры (дислокаций) и максимально упрочняя нить.

Рис.5. Электронно-микроскопические снимки образцов мононити, вытянутых в одну (а) и три (б) стадии

0,5 мкм ммммммк/ммммммкммкммкм

б)

0,5 мкм