Релаксационные и физико-механические характеристики полиэтиленов с различной молекулярной массой

Цель. Определение влияния молекулярной массы полиэтиленов на модуль упругости, текучесть, прочность и процессы ретардации.

Методы. В качестве образцов были взяты лопатки (толщиной 4 мм, длиной 100 мм, шириной 10 мм), полученные м.етодом литья под давлением p = 60 МПа при T = 210 °C, τ= 15 с, из полиэтилена следующих марок: ПЭВП 277-73 (Ставролен, Лукойл, Россия); BorSafe HE3490-IM (Borealis, Австрия; черный); CRP 100 Hostalen (Basell Polyolefins, Нидерланды; черный); Stavrolen PE4PP-25B (Ставролен, Лукойл, Россия; черный). Использованные образцы соответствовали стандартно-определенным образцам для исследования на разрывной лъашине AL 7000 LA-5. Исследование релаксационных характеристик проводилось в двух режимах: релаксационном и ретардационном.

Результаты. В результате проведения экспериментов были получены диаграммы «напря-жение-деформация» при различных температурах в изотермических режимах (Т = const) и определено влияние молекулярной массы на модуль упругости, текучесть и прочность полиэтиленов. Показано, что при напряжениях, равных пределу текучести, в изотермических условиях при снятии внешнего деформирующего воздействия наблюдаются две стадии отклика системы полиэтилена на это воздействие. Первый отклик - процесс релаксации напряжения и второй отклик - область, характеризующая упругие характеристики исследуем.ого материала при внешнем воздействии ε = const.

Заключение. Установлено, что повышение температуры неодинаково отражается на физико-механических характеристиках полиэтиленов различной молекулярной массы. Эксперименты показали, что при напряжениях выше предела текучести при постоянстве деформации наблюдается сложная реакция исследуемых полиэтиленов на внешнее воздействие. Эта реакция характеризуется двумя областями зависимости напряжений, возникших при деформации, от времени. Первая область характеризуется асимптотическим снижением напряжения до постоянного значения, а вторая область - постоянством напряжения во времени. Рассчитаны времена релаксации для релаксационной области (участок I), а также рассчитана величина энергии активации. Показано, что увеличение молекулярной массы полиэтиленов ведет к снижению времени релаксации и уменьшению энергии активации.

1. Connor T.M., Read B.E., Williams G. The dielectric, dynamic mechanical and nuclear resonance properties of polyethylene oxide as a function of molecular weight. J. Appl. Chem. 1964;14(2):74-81. https://doi.org/10.1002/jctb.5010140204

2. Enns J.B., Simha R. Transitions in semicrystalline polymers. I. Poly(vinyl fluoride) and poly(vinylidene fluoride). J. Macromolec. Sci. Phys. 1977;13(1):11-24. https://doi.org/10.1080/00222347708208750

3. Бартенев Г.М., Бартенев А.Г Релаксационные переходы и молекулярная подвижность в кристаллических полимерах, содержащих метиленовые группы. Высокомолек. соед. А. 1988;30(3):629-633.

4. Ломовской В.А., Мазурина С.А., Симонов-Емельянов И.Д., Киселев М.Р., Константинов Н.Ю. Релаксационная спектроскопия полиэтиленов с разной молекулярной массой. Материаловедение. 2018;7:9-17. http://dx.doi.org/10.31044/1684-579X-2018-0-7-9-17

5. Бартенев Г.М., Бартенева А.Г Релаксационные свойства полимеров. М.: Химия, 1992. 384 с. ISBN 5-72450371-9

6. Гращенков Д. В., Чурсова Л.В. Стратегия развития композиционных и функциональных материалов. Авиационные материалы и технологии. 2012;S:231-242.

7. Уайт Дж. Л., Чой Д.Д. Полиэтилен, полипропилен и другие полеолефины: пер. с англ. СПб.: Профессия, 2006. С. 97-100.

8. Марихин В. А., Мясникова Л.П. Надмолекулярная структура полиэтиленов. Л.: Химия. 1977. С. 42-49.

9. Ларионов С.А., Деев И.С., Петрова Г.Н., Бейдер Э.Я. Влияние углеродных наполнителей на электрофизические, механические и реологические свойства полиэтилена. Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2013;9:Ст. 04. URL: http://viam-works.ru (дата обращения: 20.04.2019).

10. Петрова Г.Н., Румянцева Т.В., Перфилова Д.Н, Бейдер Э.Я., Грязнов В.И. Термоэластопласты - новый класс полимерных материалов. Авиационные материалы и технологии. 2010;S:20-25.

11. Кулезнев В.Н., Шершнев В.А. Химия и физика полимеров. 2-е изд. М.: Колосс, 2007. С. 118-121. ISBN 9785-9532-0466-8

12. Zhang M.C., Guo B., Xu J. A review on polymer crystallization theories. Crystals. 2017;7(1):4-37. https://doi.org/10.3390/cryst7010004

13. Li J.Y., Li W., Cheng H., Zhang L.N., Li Y., Han C.C. Early stages of nucleation and growth in melt crystallized polyethylene. Polymer. 2012;53(12):2315-2319. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2012.03.054

14. Иванов М.С., Кулезенев В.Н. Метод механической спектроскопии трубных марок полиэтилена. Труды ВИАМ. 2016;47(11):68-77.

15. Шардаков И.Н., Голотина Л.А. Моделирование деформационных процессов в аморфно-кристаллических полимерах. Вычислительная механика сплошных сред. 2009;2(3):106-113.