3. Обсуждение результатов

3.1 Изучение некоторых свойств ацетатных волокон, деформированных в паровой среде нитрометана

Как уже обсуждалось в литературном обзоре необычный эффект самопроизвольного удлинения горизонтально протянутых ацетатных волокон был обнаружен впервые в 1986 году. В последующие годы эффект самопроизвольного циклического деформирования (удлинение–сокращение) ацетатной нити в пара́х нитрометана был многократно воспроизведен при различных условиях: как без дополнительного нагружения образца, так и под действием внешней силы, а также детально исследован с многих точек зрения [9, 12]. Однако измерение упруго-пластических свойств модифицированных волокон осталось не изученным.

Исследовали упруго-пластические характеристики исходного волокна и модифицированных нитей, извлеченных из паровой среды нитрометана на разных стадиях процесса самопроизвольной деформации. На рис.3.23 представлены деформационные кривые нагрузка–удлинение исходного (кривая 1) и модифицированных в парах нитрометана волокон (кривые 2-7).

Для контрольного и всех модифицированных образцов по прямолинейному участку деформационных кривых определяли модуль Юнга (E). Зависимость модуля Юнга от времени модификации ацетатных нитей в пара́х нитрометана представлена на рис.3.24. Видно, что кривая E=f(t) носит экстремальный характер. На стадиях индукционного периода удлинения (t=0-1 мин) и интенсивного деформирования (t=1-4 мин) волокна в паровой фазе нитрометана наблюдается возрастание модуля Юнга, а на стадии сокращения удлинившихся размеров (t=4-7 мин) – уменьшение E (рис.3.24).

Рис.3.24. Зависимость модуля Юнга ацетатных волокон от времени модификации образца полимера в пара́х нитрометана.

Из деформационных кривых нагрузка–удлинение была получена также зависимость разрывной нагрузки (минимальное усилие, приводящее к разрыву волокна) от времени модификации ацетатного волокна в пара́х растворителя (рис.3.25). Из рис.3.25 видно, что на предшествующей удлинению стадии набухания (t=0-1 мин) разрывная нагрузка образца резко снижается. Для образцов, извлеченных из паровой среды сорбата на этапах интенсивного удлинения (t=1-4 мин) и интенсивного сокращения (t=4-6 мин), дополнительного существенного изменения разрывной нагрузки практически не наблюдается. И наконец, на последнем этапе возврата волокна к начальным линейным размерам (t=6-7 мин) разрывная нагрузка вновь умьшается.

Полученные экспериментальные данные (рис.3.23-3.25) подтверждают сделанное в [12] предположение, что в ходе процесса самопроизвольной деформации ацетатного волокна в парах активной среды происходит конформационная перестройка макроцепей и их доменов, сопровождающаяся уменьшением механической прочности волокна.

Рис.3.25. Зависимость разрывной нагрузки от времени модификации ацетатных нитей в парах нитрометана.

3.2 Изучение процесса самопроизвольной деформации в пара́х нитрометана вертикально подвешенных ацетатных волокон

С целью выяснения, влияет ли расположение протягивания образца на процесс самопроизвольного деформирования (удлинение–сокращение) ацетатных волокон в пара́х нитрометана, были проведены эксперименты с вертикально подвешенной нитью.

На рис.3.26 приведены зависимости самопроизвольной деформации (L/L0) от времени для образцов вертикально закрепленного ацетатного волокна разной исходной длины.

Из рис.3.26. видно, что самопроизвольное удлинение нити составляет ~5% от исходной длины образца. Такого поведения волокна следовало ожидать, так как при вертикальном закреплении нить испытывает меньшую нагрузку, чем при горизонтальном закреплении, следственно, и удлинение будет меньше. Явной зависимости изменения L/L0 со временем от исходной длины волокна не наблюдается. Зависимость L/L0=f(t) на этапе уменьшения линейных размеров волокна аппроксимируется экспоненциальной функцией (рис.3.23). По участку интенсивного сокращения была рассчитана максимальная скорость деформации сокращения. Оказалось, что скорость сокращения образца возрастает с повышением температуры.

Однако для кондиционированного на воздухе в статических условиях (при комнатной температуре (Т=25±3єС) и нормальном атмосферном давлении) в течение нескольких суток диацетатного волокна наблюдаются несколько иные зависимости. Удлинение в начале процесса может достигать 20-30% (рис.3.27).

Также была проведена серия экспериментов по изучению самопроизвольной деформации (СУ-СС) вертикально закрепленных волокон в пара́х нитрометана при комнатной температуре с использованием нагрузки (рис.3.30).

Из рис.3.30 видно, что для волокон с дополнительным нагружением, в начале процесса наблюдается значительное самоудлинение образца (5-25%), в несколько раз превышающее L/L0 для ненагруженных волокон. Затем происходит сокращение удлинившегося образца, в среднем на 25-40 %, а далее – необратимое спонтанное удлинение, сопровождающееся обрывом волокна. Образец без нагрузки повторное удлинение никогда не претерпевает (рис.3.30). Кроме того процесс сокращения ненагруженного образца, как отмечалось выше, заканчивается образованием в парах нитрометана сферической капли.

Величина первичного удлинения образца зависит от приложенной нагрузки и возрастает с ее увеличением. Скорость процесса также возрастает с увеличением массы груза, приложенного к образцу.

Выводы

Оценено влияние способа закрепления образца на кинетику процесса самопроизвольной деформации ацетатных волокон в парах нитрометана. Установлено, что деформирование вертикально протянутых нитей, в отличие от горизонтально расположенных, заканчивается формированием сферической капли с последующим десорбированием поглощенного растворителя.

Исследованы упруго-пластические характеристики исходных и модифицированных волокон. Выявлено, что зависимость краевого угла от времени протекания процесса описывается кривой с минимумом, а условно-мгновенного модуля – с максимумом, что подтверждает высказанные ранее утверждение о конформационных перестройках макроцепей в процессе спонтанного деформирования полимерного тела.

Изучена самопроизвольная деформация вертикально подвешенных волокон в парах нитрометана. Рассчитано изменение плотности образца в процессе деформации.

Литература

1. Flory P.J. Phase equilibria in solutions of rod-like particles // Proc. Roy. Soc. 1956. V. 234A. № 1. Р. 73-89.

2. Flory P.J. Statistical thermodynamics of semi flexible chain molecules // Proc. Roy. Soc. 1956. V. 234A. № 1. Р. 60-72.

3. Бельникевич Н. Г., Болотникова Л. С., Крамаренко Л. Н., Наймарк Н. И., Хрипунов А. К., Френкель С. Я. Спонтанное удлинение эфиров целлюлозы в водно-фенольных средах // Высокомолек. соед. 1978. Т. 20Б. № 1. С. 37-38.

4. Бельникевич Н.Г., Болотникова Л.С., Эдилян Э.С., Бресткин Ю.В., Френкель С.Я. Спонтанное образование нематической фазы в пленках диацетата целлюлозы // Высокомолек. соед. 1976. Т. 18Б. № 6. С. 485-486.