11 марта 2016г.
Проблема влияния степени кристалличности в частично-кристаллических полимерах на температуру стеклования всегда представляет большой интерес с точки зрения теории и практики. Значительный вклад в решение проблемы влияния степени кристалличности на температуру стеклования аморфных доменов в таких полимерах сделал Манделькерн [1]. Согласно Манделькерну кристаллизация полимеров, сопровождающаяся увеличением плотности кристаллической фазы, вызывает деформацию аморфных доменов. Эта деформация связана с уменьшением возможных конформаций макромолекул из-за увеличения времени релаксации «не замороженной» сегментальной подвижности.
Проблема влияния степени кристалличности на температуру стеклования полимеров была детально рассмотрена в работах [2,3]. В дальнейшем эти исследования были продолжены, результаты которых опубликованы в работах [4-12]. Однако проблема предсказания температуры стеклования на основе химического строения полимера с учетом степени кристалличности ранее не рассматривалась. Цель данной работы состоит в том, чтобы, зная химическое строение аморфно-кристаллического полимера и его степень кристалличности, рассчитать температуру размягчения данного полимера без привлечения экспериментальных данных.
Рассмотрим один моль сегментов в аморфной фазе, которые занимают объем V. Согласно Манделькерну [1] деформация возникает как однородное расширение или сжатие и ведет к началу негативного отрицательного давления, которое ответственно за расширение. Следуя работе [20], запишем
При низкой степени
кристалличности температура размягчения слабо зависит от αкр, но затем быстро увеличивается и приближается к температуре плавления.
Итак, разработан метод
предсказания влияния кристаллитов на температуру размягчения. Развитая расчетная схема не требует введения
экспериментальных данных и позволяет производить расчеты на основе химического строения полимеров. В полученные выражения входят
такие параметры как степень кристалличности, температура стеклования аморфного и температура плавления
полностью кристаллического полимера. Расчетные
методы компьютеризованны и все физические параметры, входящие в предложенные уравнения, определяются с помощью ЭВМ программы «Каскад», созданной в ИНЭОС РАН. При расчетах температуры размягчения аморфно- кристаллических полимеров все требуемые
параметры, такие как температура стеклования и плавления, ван-дер- ваальсов объем, плотность аморфной
и кристаллической фазы и др., также рассчитываются с помощью ЭВМ программы «Каскад».
В результате имеется возможность оценки температуры стеклования аморфных доменов в полимере.
Список литературы
1.
Mandelkern L. Crystallization of Polymers:
Volume 1, Equilibrium Concepts. Cambridge: University Press, 2002.
2.
Ranby B.D., Chan K.S., Brumberger H. Higher-order transitions in poly(4-methyl-1-pentene) // J. Polym. Sci. 1962.V.58. P.545.
3.
Groeninckx G., Berghmans
H., Smets G. Morphology and modulus–temperature behavior
of semicrystalline poly(ethylene terephthalate) (PET)// J. Polym. Sci.: Polym.
Phys. Ed. 1976. V.14. P.591.
4.
Bamford D., Dlubek
G., Lüpke L., Kilburn
D., Stejny J., Menke T.J., M. Ashraf Alam. Free volume, glass transition and degree of branching
in ethylene/α-olefin copolymers: positron lifetime,
differential scanning calorimetry, wide- angle x-ray scattering, and density
studies // Macromol. Chem. Phys. 2006. V.207.
P.492.
5.
Brydson J.A. Plastic
Materials. Polymer
Reference book:
Smithers Rapra Publishing, 2006.
6.
Olley R.H., Bassett
D.C., Blundell D.J. Permanganic etching
of PEEK // Polymer. 1986. V.27. P.344.
7.
Hartness J.T. An evaluation of polyetheretherketone matrix
composites fabricated from Unidirectional prepreg
tape // SAMPE J. 1986. vol.20.
P.26.
8.
Manson J.E., Schneider T.L., Seferis
J.C. Press-forming of continuous fiber-reinforced thermoplastic composites // Polym. Compos.
1990. V.11. P.114.
9.
Saiello S., Kenny J., Nicholais L. Interface morphology of carbon fiber/PEEK composites. // J. Mater. Sci. 1990. V.25. P.3493.
10. Incardona S., Migliaresi C., Wagner H.D., Gilbert A.H., Marom G. The mechanical role of the fiber matrix transcrystalline interphase in carbon-fiber reinforced j-polymer microcomposites // Compos. Sci. Technol. 1993.V.47. P.43.
11. Folkes M.J., Kalay G., Ankara A. The effects of heat treatment on the properties of PEEK and APC-2 // Compos. Sci. Technol.
1993. V.46. P.77.
12. Ehrenstein G.W., Theriault
R.P. Polymeric Materials: Structure, Properties, Applications. // Munich: Carl Hanser Verlag, 2001, pp. 67.
13. Tregub A.I., Issajew K.S., Achrijew A.S., Iwanow P.I., Matotschkin W. S. und Selenew J.W. Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von Polymersystemen auf der Basis
von Polyarylaten in Loesung
und im festen Zustand
// Plaste und Kautschuk. 1981. Bd. 28. № 3. S. 137.
14. Askadskii A.A.
Computational
materials science of
polymers. Cambridge:
Cambridge
International Science Publishing, 2003.
15. Askadskii A.A. Physical properties of polymers; prediction and control.
Amsterdam: Gordon
and Breach Publishers, 1996.
16. Аскадский А.А., Матвеев Ю.И. Химическое строение и физические свойства полимеров. М.: Химия,
1983.
17. Аскадский А.А., Кондращенко В.И.
Компьютерное материаловедение полимеров. Т.
1.
Атомно- молекулярный уровень. М.: Научный
Мир, 1999.
