Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Механика композитных материалов 3 1979

..pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
11.04 Mб
Скачать

структура представлена сетью волоконец размером 0,1—0,3 мкм. Постоянство морфоло­ гических признаков и размеров волоконец толщиной 0,1—0,3 мкм позволяет рассматри­ вать их в качестве самостоятельных унифицированных структурных единиц коллагено­ вого волокна. Условно они обозначены нами как первичные волоконца. Более крупные волокнистые элементы отличаются от первичных волоконец не только своими размерами, но и преимущественной ориентацией вдоль коллагенового волокна. Эти структурные элементы коллагенового волокна выделены нами как вторичные волоконца. Таким обра­ зом, в составе коллагенового волокна наряду с фибриллами, согласно полученным дан­ ным, можно выделить первичные и вторичные волоконца как самостоятельные структур­ ные единицы. Первичное волоконце представляет собой пучок коллагеновых фибрилл. Вторичное волоконце является агрегатом, состоящим из сети первичных волоконец. Плот­ ная упаковка первичных волоконец, с нашей точки зрения, сопровождается их дефор­ мацией. Таким образом, можно предположить, что коллагеновое волокно представляет собой своеобразную напряженную конструкцию. Согласно полученным данным в основе конструкции коллагенового волокна на уровне микроструктуры лежит сеть плотно упа­ кованных анастомозирующих волоконец толщиной 0,1—0,3 мкм, которые образуют каркас, связанный с небольшим количеством матрикса белково-полисахаридной природы.

Согласно современным представлениям среди неколлагеновых компонентов волокна наибольшее значение имеют протеогликаны и гликопротеиды. Эти углеводно-белковые комплексы взаимодействуют с коллагеном и обеспечивают объединение фибрилл в во­ локна3- 4. Вместе с тем результаты исследования свидетельствуют об исключительно важ­ ной роли углеводно-белковых комплексов в формировании и стабилизации микрострук­ туры коллагенового волокна. Распад данных соединений приводит к исчезновению характерных размеров, формы и архитектоники коллагеновых волокон при сохранении их основных структурных элементов. Изменения конструктивных особенностей коллагено­ вого волокна, связанные с разрушением углеводно-белковых комплексов, очевидно, могут оказывать существенное влияние и на его механические свойства. В частности наруше­ ние плотности упаковки первичных волоконец должно сопровождаться изменением упру­ гих свойств коллагенового волокна.

Результаты морфологического анализа позволяют выделить структурные механизмы, определяющие высокую механическую прочность и надежность коллагенового волокна. К числу таких механизмов относятся анастомозы между первичными волоконцами, объ­ единяющие их в единую сетевидную конструкцию. Существенную роль в стабилизации структуры коллагенового волокна играют углеводы и их белковые комплексы, обеспечи­ вающие взаимосвязь между первичными волоконцами и плотность их упаковки. Вторич­ ные волоконца дополнительно стабилизируют коллагеновое волокно по отношению к действию сил, прилагаемых в продольном направлении. По нашему мнению, повышению прочности способствует также наличие вязкого материала между структурными элемен­ тами коллагенового волокна в виде гликозаминогликанов и их белковых комплексов — протеогликанов. Известно, что присутствие вязкого вещества приводит к обрыву кон­ центрации напряжений, возникающих в деформируемом теле5.

Таким образом, полученные данные дают основание полагать, что особенности струк­ турной организации играют исключительно важную роль в формировании механических свойств коллагенового волокна.

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

С П И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

 

 

 

 

1. М о с о л о в

В . В . Протеолитические ферменты. М., 1971. 200 с.

коллаген

2. И с т р а н о в

Л .

П .,

Н е с т е р о в а

Г .

А . Действие различных

протенназ на

дермы теленка. — Прикладн. биохимия, 1974, № 2, с. 330—334.

point of view.

Fed.

3.

S c h u b e r t

М .

Structure of connective tissues a chemical

Proc.,

1966, vol.

25, p. 1047— 1052.

 

Collagen-glycosaminoglycan interactions.

In:

4.

G a c k s o n

D.

S .,

B e n t l e y S .

P.

Treatise on collagen,

1968, vol. 2, p. 189—206.

 

 

 

 

5. А л е к с а н д е р А . Биомеханика. M., 1970. 220 c.

 

 

 

 

Москва

 

 

 

 

 

Поступило в редакцию

27.12.78

 

 

 

 

 

 

Механика

композитных материалов,

 

 

 

 

 

 

 

1979, № 3,

с. 544—545

35 -617

545

УДК 611.08:539.4

Л . Н . Ш е с т е р н и н а , Е . П . П а ш к о в , Л . А . Я г о д а

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ СУХОЖИЛИЙ, КОНСЕРВИРОВАННЫХ РАЗЛИЧНЫМИ СПОСОБАМИ*

В клинической практике пластика сухожилий с применением различных материалов, как биологических, так и синтетических, производится довольно часто. Как свидетельст­ вуют данные литературы1-10, перспективным пластическим материалом является алло- и

ксеносухожильная ткань. Анализ литературы по консервированию сухожильной

ткани

в жидких средах9, 10, методом лиофилизации13-15, низкими температурами15-17

свиде­

тельствует о том, что эти методы полностью не сохраняют биологическую полноценность сухожилий до момента пересадки. Работ, посвященных консервированию сухожильной ткани при ультранизких температурах, в частности, с использованием криологического оборудования с программным замораживанием, в доступной литературе мы не встре­ тили. Как известно, исход сухожильной пластики зависит как от биологической полно­ ценности трансплантата, так и его физико-механических свойств. Если механические свойства свежих неконсервированных сухожилий в некоторой мере изучены18-20, то све­ дений об изменении физико-механических свойств сухожилий в процессе консервирова­ ния различными способами в доступной литературе не найдено.

Нами проведены экспериментальные исследования по определению механической прочности и изучению морфологического строения сухожилий, консервированных в жидкости Белякова 31-Е и при ультранизких температурах. Консервирование в жидкости Белякова 31-Е проводили при температуре 4° С с соблюдением условий стерильности и смены жидкости через каждые 10 дней. Консервирование при ультранизких температурах осуществляли в жидком азоте при температуре —196° С по предложенной нами методике, с применением специальной ограждающей среды. Состав ограждающей среды: раствор Рингера — 88,0; глицерин (15% раствор глицерина) — 12,0; глюкоза 40% — 10,0 (рас­ твор Рингера можно заменить средой 199 или раствором Хенкса). Сроки инкубации ко­ лебались от 2 до 4 ч, после чего замораживание проводили по следующей программе: до 0°С — скорость охлаждения 2° в 1 мин, от 0 до 15° С — Г в 1 мин, от 15 до 120° С — 10° в 1 мин; затем ткани переносили на хранение в жидкий азот. Оттаивание сухожилий проводили быстрее — при 42° С в избыточном количестве раствора Рингера.

Объектом исследования были сухожилия перонеальных мышц. Аллосухожилия брали от лиц, умерших скоропостижно. Возраст доноров составлял от 20 до 50 лет. Ксеносухожилия брали от крупного рогатого скота в возрасте 9— 18 месяцев. Всего было исследовано 114 сухожилий, из них 30 свежих, неконсервированных (15 алло- и 15 ксеносухожилий), 42 консервированных в жидкости Белякова 31-Е (21 алло- и 21 ксеносухожилие), 42 консервированных при ультранизких температурах ( —196° С) (21 алло- и 21 ксеиосухожилие). Сроки консервирования составляли от одного месяца до трех лет. Гистологические исследования и определение физико-механических свойств сухожилий проводили в сроки 1, 3, 6, 9, 12 месяцев, 2 и 3 года, по три сухожилия на каждый срок. Прочность сухожилий определяли на разрывной машине РТ-250 в контрольно-аналити­ ческой лаборатории Украинского научно-исследовательского института кожевенно-обув­ ной промышленности. Определяли нагрузку в килограмм-силах в момент разрыва сухо­ жилия, а также удлинение в миллиметрах.

При испытании сухожилий на прочность применяли различные варианты закрепле­ ния концов сухожилий в зажимах разрывной машины. Однако в связи с травмированием и разминанием сухожильной ткани зажимами были специально изготовлены клеммы-за­ жимы, в которых крепились концы сухожилий. Испытывали отрезки сухожилий длиной 5, 10, 15 см, размеченные на участки по 20 мм. Для расчета прочности сухожилий исполь­ зовали формулу Q= p/T кгс/мм2, где Q — предел прочности; р — нагрузка, необходимая для разрыва испытываемого материала; Т — площадь поперечного сечения. Так как испытываемый образец сухожилия имел различную толщину, то площадь поперечного сечения определяли в каждой из намеченных точек.

Доклад, предстаплснныП на II Всесоюзную конференцию по проблемам биомеханики (Рига, ап- рель 1979 г.).

546

Первоначально площадь поперечного сечения определяли умножением толщины на ширину в каждой точке. Толщину определяли при помощи толщиномера, ширину — штангенциркулем. С целью повышения точности измерения в дальнейшем определяли площадь поперечного сечения сухожилий по месту разрыва следующим образом. Разо­ рванный участок сухожилия помещали в градуированный цилиндр объемом 1000 мм3. Цилиндр с сухожилием, заполняли водой до метки 1000 мм3. С помощью градуирован­ ной бюретки объем сухожилия определяли по разнице (1000-У) мм3, где У — количество воды, ушедшее из бюретки. Разделив объем участка сухожилия на первоначальную его длину, получили площадь поперечного сечения. Прочность выражали в абсолютных на­ грузках в килограмм-силах и пересчитывали на единицу сечения.

При обобщении цифровых данных по определению прочностных свойств установ­ лено, что сухожилия, консервированные в жидком азоте с криозащитными веществами, в сроки от одного месяца до трех лет практически полностью сохраняют прочность, их предел прочности составляет 4—6 кге/мм2. Наряду с этим было установлено снижение прочности сухожилий, консервированных в жидкости Белякова 31-Е, от 20 до 30%. Для однотипных аллосухожилий перонеальных мышц, не подвергавшихся консервации, проч­ ность в среднем составляла при разрыве 62,8 кге, при консервировании в жидком азоте спустя год составляла 62,2 кге, а через год прочность сухожилий, консервированных в жидкости Белякова 31-Е, составляла 46,5 кге.

Следует еще отметить, что макроскопически сухожилия, консервированные в жидком азоте, во все сроки наблюдения сохраняли свои свойства, были гладкими, блес­ тящими, эластичными и не отличались от свежевзятых. Сухожилия, консервированные в жидкости Белякова 31-Е, к третьему-четвертому месяцу становились тусклыми, набух­ шими, утолщенными, утрачивали эластичность.

При морфологическом изучении сухожильной ткани, консервированной в жидком азоте с ограждающей средой, даже по истечении трех лет хранения не выявлялось струк­ турных изменений, в то время как при консервировании в жидкости Белякова 31-Е уже к трем месяцам отмечались нарушение морфологического строения сухожильной ткани, гомогенизация структуры сухожилий, выраженное набухание коллагеновых волокон и дегенеративные изменения клеточных элементов.

Таким образом, консервирование сухожилий в жидкости Белякова 31-Е в связи с изменением морфологической структуры снижает прочность сухожилий, в то время как консервирование сухожильной ткани в жидком азоте с применением ограждающей среды позволяет длительное время сохранять ее эластичность, прочность, форму и морфологи­ ческое строение.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.Д е г т я р е в а С . И. Гомопластика сухожилий по данным эксперимента и клиники. —

Тр. XIX пленума

ученых советов института травматологии и ортопедии. М., 1959,

с. 555—556.

П . Гомопластическое замещение дефектов сухожилий кисти и паль­

2. Д е м и ч е в Н .

цев. — Респ. научн.-практ. конф. по проблемам консервирования и применения гомо- и

гетеротканей в ортопедии и травматологии. Киев, 1974, с. 236.

3. Д е м и ч е в Н . П .

Сухожильная

гомопластика

и реконструктивная хирургия. Рос­

тов, 1970. 206 с.

 

 

Р . П . Ф и л и п п о в а . Гомопластика при

4. В . К . К а л н б е р з ,

Л . К . К а т л а п ,

Г . Р . Р у н д ,

повреждениях сухожилий и связок. — В кн.: Респ. научн.-практ. конф. по проблемам консервирования и применения гомо- и гетеротканей в ортопедии и травматологии. Киев,

1964, с. 239—240.

 

 

 

 

Н . П . Сухожильная гомопластика в эксперименте и

5. К о в а л е н к о

П . П .,

Д е м и ч е в

клинике. — Ортопедия, травматология и протезирование, 1969, № 7, с. 75—81.

 

6. К о в а л е н к о

П .

П .

Клиническая трансплантология. Ч. 2. Ростов, 1975. 367 с.

7. К о л о н т а й

Ю .

Ю .

Возможности и перспективы развития сухожильной гомоплас­

тики в ортопедии и травматологической клинике. — В кн.: Респ. межведомств, сб.,

1970,

вып. 4, с. 192—201

(Киев).

 

С . Применение консервированных фасциальных и су­

8. К р у п к о И .

Л .,

Т к а ч е н к о

С .

хожильных гомогенных

тканей

в

травматологии и ортопедии. — Хирургия,

1967,

7, с. 5—9.

9.П а ш к о в Е . П . Замещение дефектов сухожилий консервированными гомо- и гете­

ротрансплантатами. Дис. на соиск. учен. степ. канд. мед. наук. Киев, 1965.

10. М ш в и д о б а д з е М . В . Консервация и трансплантация сухожилий. Тбилиси, 1977. 96 с.

35

547

11. К р у п н о

И . Л ., Т к а ч е н к о С . С . Пересадка консервированных сухожильных транс­

плантатов. — Вести, хирургии им. Грекова, 1964, № 8, с. 65—69.

12.

Б е р и н г е р

1 0 .

В . Консервирование сухожильных гомотрансплантатов в жидких

средах. — В кн.: Вопр. травматологии и ортопедии, Л., 1965, с. 118—122.

13. К л е н Р .

Заготовка и консервирование тканей. Прага, 1962. 316 с.

14. Д е м и ч е в

И . П . Теория и практика пересадки лиофилизированных сухожилий. —

В кн.: Хирургия сухожилий, т. 24. 1974, с. 27—36 (Волгоград).

15.

К о в а л е н к о

П .

П .,

К р и ст о ст у р я н Р . О . Лиофилизация и трансплантация тканей.

Ростов,

1970.

 

 

 

Возможности и перспективы развития сухожильной гомоплас­

16.

К о л о н т а й

Ю .

Ю .

тики в ортопедо-травматологической клинике. Вып. 1, Киев, 1970, с. 192—201.

17.

Д е м и ч е в

Н . П . Консервирование и гомотрансплантация сухожилий в восстано­

вительной хирургии. Автореф. дис. на соиск. учен. степ, д-ра мед. наук. М., 1968.

18.

О б ы с о в

А .

С . Надежность биологических тканей. М., 1971. 94 с.

19.

П и м е н о в а

А .

П . Становление упругих свойств пяточного сухожилия человека в

онтогенезе. Дис. на соиск. учен. степ. канд. мед. паук. Горький, 1966.

20.

К а р а с е в

В . И . Потенциальная возможность подкожных разрывов ахиллова сухо­

жилия при действии вертикальной силы на растяжение. — Ортопедия, травматология, протезирование, 1969, № 2, с. 41—43.

Киевский научно-исследовательский институт ортопедии

Поступило в редакцию 28.12.78

Украинский научно-исследовательский институт

Механика композитных материалов.

кожевенно-обувной промышленности

 

1979, № 3, с.546—543

УДК 611.71:620.111.3

Е . И . Л о ц о в а

ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКА НА ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ФИКСАТОРА ПОВРЕЖДЕННОЙ КОСТИ

Ультразвук с успехом используют в травматологии и ортопедии в целях регулирую­ щего воздействия на процессы репаративной регенерации поврежденной кости1-5. Однако в тех случаях, когда для сопоставления отломков поврежденной кости и удержания их в правильном положении необходимо использовать металлические фиксаторы, возни­ кает опасность миграции скрепляющих конструкций под влиянием механических коле­ баний. Возможно также отрицательное влияние ультразвука на механические свойства металла, из которого изготавливают фиксаторы. Наиболее часто для этих целей ис­ пользуют сталь марки IX18H9T. Сочетание элементов, входящих в ее состав, предрас­ полагает к неустойчивому состоянию аустенитной структуры. Охрупчивание фиксатора и снижение его механической прочности нарушают стабильность фиксации поврежденной кости и чревато такими осложнениями, как замедление консолидации или образование ложного сустава. По имеющимся у нас сведениям эти явления еще не изучены. В то же время ответ па поставленные вопросы имеет большое значение для практической меди­ цины, что и побудило нас провести данную работу.

Объектом исследования служили спицы Киршнера от двух групп больных (по пять образцов спиц в каждой), использованные для скрепления поврежденных коротких труб­ чатых костей кисти и извлеченные из кости после ее полного заживления. Ультразвук в качестве лечебного фактора применяли у больных только первой группы. Частота ко­ лебаний 890 кГц. Интенсивность воздействия 0,4—0,6 Вт/см2. Озвучивание проводили ежедневно в непрерывном режиме через дегазированную воду при температуре 36—37° С. Всего было осуществлено 15 воздействий.

Больных второй группы влиянию ультразвука не подвергали и использовали в ка­ честве контроля. Контроль был проведен двумя способами. На основании клинико-рент­ генологических данных судили о прочности фиксации поврежденной кости, а результаты металлографического исследования и испытания на прочность извлеченных из организма спиц Киршнера после заживления кости свидетельствовали о состоянии самого фикса­ тора*.

Испытанно образцов спнц па растяжение н металлографические исследования проведены па кафедре технологии металлов Рижского политехнического института.

548

Результаты работы оценивали на основании сопоставления сведений, полученных от больных обеих групп.

При клинико-рентгенологической проверке миграции спиц не наблюдали. Металло­ графический анализ образцов озвученных спиц структурных дефектов не выявил. Неко­ торое снижение степени наклепа в озвученных образцах по сравнению с исходным их состоянием следует расценивать как проявление процесса естественного «старения» стали. По своим механическим свойствам спицы практически не различались.

Итоги проведенного нами исследования позволяют заключить, что озвучивание спиц Киршнера в указанном режиме не влияет на прочность данного фиксатора поврежден­ ной кости.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.Амелин. А. 3., Косачева В. К-, Лоцова Е. И., Громан Г Б., Пуритис Ю. П. О влия­ нии ультразвука на костную ткань. — В кн.: Научн. тр. Рижск. пауч.-исслед. ин-та трав­ матологии и ортопедии, 1977, т. 14, с. 103— 105.

2.Амелин А. 3., Лоцова Е. И., Петухова Л. И. Морфологические особенности кост­

ного регенерата под влиянием ультразвука. — Механика полимеров, 1978, № 6,

с.1121— 1122.

3.Лоцова Е. И., Петухова Л. И., Беркович Л. Ш. Ультразвук в комплексном восста­ новительном лечении больных с внутрисуставными переломами коленного сустава. —

Вкн.: Актуальные вопр. лечения переломов длинных трубчатых костей. Л., 1975, с. 16.

4.Лоцова Е. И., Амелин А. 3. Експериментално изеледване на влияннето на ултразвука въерху зарастването на увредена кост. — Курортол. и физиотер., 1977, т. 14, № 1,

с.20—22 (София).

5.Специальная физиотерапия. София, 1972. 521 с.

Рижский научно-исследовательский

Поступило в редакцию 16.02.79

институт травматологии и ортопедии

Механика композитных материалов,

 

 

1979, Л§ 3, с. 548—549

УДК 539.2:678.01:620.111.3

А. П. Верховец, А. Э. Галь, Л. Е. Утевский, Н. П. Лексовская

СОПОСТАВЛЕНИЕ ФАКТОРОВ СРЕДНЕМОЛЕКУЛЯРНОЙ ОРИЕНТАЦИИ, ОПРЕДЕЛЕННЫХ АКУСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

И МЕТОДОМ ИНФРАКРАСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

Для определения фактора среднемолекулярной ориентации а полимеров все более широко применяется акустический метод с использованием уравнений Мозли1. Однако ряд авторов2- 3 оспаривает возможность использования этих уравнений для расчета а. Решению вопроса может помочь сопоставление величин а, полученных разными физиче­ скими методами на различных типах полимеров.

Целью данной работы явилось сопоставление величин факторов среднемолекулярной ориентации, измеренных акустическим методом и методом ИК дихроизма. Величину а определяли по ИК дихроизму соответствующих полос поглощения4- 5, а также акустиче­ ским методом с использованием неупрощенного уравнения Мозли1.

Объектами исследования служили две группы полимеров — алифатические и арома­ тические. В первую группу входили аморфный полистирол (ПС), слабокристаллический поливинилхлорид (ПВХ), высококристаллический поливиниловый спирт (ПВС) и полиэтилентерефталат (ПЭТФ). Вторая группа включала полиметафениленизофталамид (ПМФИФА), полипарафенилентерефталамид (ПФТА), полипарабензамид (ПБА), полипиромеллитимид ПМ (ПИ-ПМ). Выбор объектов обусловлен необходимостью сопостав­ ления значений а для полимеров, возможно более сильно различающихся как молеку­ лярной, так и надмолекулярной структурой.

На одном из исследованных полимеров — ПВС — с целью экспериментальной про­ верки пригодности формул для оценки средиемолекулярмой ориентации па пленках с различной кратностью вытягивания были определены ориентация кристаллитов по полу­ ширине азимутального распределения интенсивности экваториального рефлекса 101 па

549

приборе УРС-50-ИМ, среднемолекулярная ориентация по данным акустического метода (на частоте 50 кГц импульсным методом6). В качестве независимой характеристики сред­

немолекулярной ориентации использовался ИК дихроизм

полос поглощения,

лежащих

в области валентных колебаний

СНг-групп

атомов

для алифатических

полимеров (об-

ласть 2900 см-1), с расчетом среднемолекулярнои ориентации по формуле

а =

2(1—7?)

--------------R+2

и деформационных плоскостных колебаний бензольных колец

(1020 см-1) для аромати-

ческих полимеров с расчетом по формуле

R-1

Эти

формулы

получаются из

а = ---------

.

 

 

R +2

 

 

 

 

3 cos2 0— 1 -------

4

R - 1

 

1

1

(3 — угол

уравнения Германса а = ----------------

■, где cos20 = ------------------------------

R +2

 

+■— ;

 

 

3

3 cos2 (i—1 3

 

D\\

между вектором дипольного момента перехода и осью цепи; R=-JL-, £)ц, D ± — оптиче-

ские плотности полос поглощения, измеренные для падающего света, в котором колеба­ ния электрического вектора соответственно параллельны и перпендикулярны оси ориен­ тации пленки.

В целом ряде работ1’ 6-9 для определения среднемолекулярной ориентации исполь­ зуется не первоначальная формула Мозли

1

1—COS20

COS20

 

 

------------+ --------

( 1)

 

 

 

а упрощенный вариант этой формулы:

 

 

 

3 cos2 0 —1

сн

(2 )

0&ак=

,= 1

г

 

2

С2

 

В этих формулах Е — модуль образца, определенный акустическим методом; Е± , £ц — модули гипотетических образцов, в которых все молекулы ориентированы перпендику­ лярно и параллельно направлению распространения упругого импульса; аак — акустиче­ ский фактор среднемолекулярной ориентации относительно направления распростране­ ния упругого импульса; сн, с — величины скорости звука в неориентированном и иссле­ дуемом образцах соответственно.

В работе2 выдвинуто возражение против применения формулы (2) для определения ориентации кристаллических полимеров и допускается применение этой формулы для кристаллических полимеров лишь в том случае, если измерения проводятся при темпера­ туре, существенно меньшей температуры стеклования Те. Вместо этого в работе2 пред­ лагается определять среднемолекулярную ориентацию по формуле

-СоДО

- С 0 2 2/с012

где с, с01, Со2 — скорость звука в исследуемом, идеально ориентированном и изотропном образцах соответственно. При этом c0i предлагается определять по формуле

Coi=

ас2

(4)

,

1— (1 —а)с2/с022

где а — рентгеновский фактор ориентации, характеризующий ориентацию кристаллитов, определенную рентгеновским методом.

Необходимо отметить, что переход от формулы (1) к формуле (2) был осуществлен в1 в результате ряда принятых допущений: во-первых, принимается

Р—Р_1_—Рц—Рц,

(5)

550

где р, рн, Рц, — плотности реальных ориентированного и неориентированного образцов и двух гипотетических образцов с идеальной ориентацией молекул перпендикулярно и параллельно распространению упругого импульса; во-вторых, когда Сц>12 км/с, прини­ мается

Сц = 0 ° .

( 6 )

Допущения

(5)

и (6)

позволили в1 перейти от формулы (1) к формуле (2). Сопоставле­

ние формул

(3)

и (4)

показывает, что полученные в результате их применения значения

фактора среднемолекулярной ориентации окажутся равными фактору ориентации крис­ таллитов.

Между тем существует большое количество работ5,1013, в которых на различных полимерах показано, что ориентация кристаллитов всегда существенно выше ориента­ ции аморфных участков. Более того, в работе14 показано, что рост ориентации кристал­ литов в определенных условиях может сопровождаться падением ориентации аморфных участков. Поэтому совпадение рентгеновской ориентации кристаллитов и среднемолеку­ лярной ориентации аморфно-кристаллического образца может свидетельствовать, по на­ шему мнению, только о наличии экспериментальных или теоретических ошибок, но никак не о корректности метода определения среднемолекулярной ориентации.

Вводить все допущения Мозли нет необходимости. Известно, что для изотропного образца cos2 0 = УзПодставляя эту величину в формулу (1), получим:

2£ц£н

Е . = ----- ----- ,

1 ЗДц-Дп

где Ев — модуль изотропного образца. При дальнейшей подстановке формулы (3) в (1) и (2) получим:

\ -Е в1Е

(7)

1Ев/Еп

или при допущении о равенстве плотностей (5) —

1—сн2/с2

1-Сн2/С|]2

В соответствии с представлениями о £ц как модуле упругой деформации молекуляр­ ных связей1 примем: Ец= £ ,= £ „ исходя из того, что для большого числа полимеров ЕТ= Е К (см.15). Тогда формулу (7) можно представить в виде:

\-Ев/Е

(8)

1 Ев/Ек

Хорошим экспериментальным подтверждением корректности формулы (8) и примени­ мости формулы (2) для полимеров с большим £ т может служить приведенный рис. 1. На этом рисунке сопоставлены величины акустического фактора ориентации поливинилспиртовых пленок, определенные по формуле (8), предложенной в14, и по формуле (3), предложенной в2, с фактором ориентации, определенным по ИК дихроизму4,5. Для рас­ чета по формуле (8) использовались величины скорости звука, замеренные при —180° С, а для расчета по формуле (3) в соответствии с2 — при 20° С, а также величины рентге­ новского фактора ориентации. Как видно из рис. 1, применение формулы (8), равно как и формулы (2), дает результаты, находящиеся в хорошем соответствии с результатами спектральных измерений, в отличие от формулы (3), предложенной в2.

Все это позволило для сравнения среднемолекулярпой ориентации на остальных по­ лимерах пользоваться формулой (8) и сопоставлять полученные величины с результа­ тами по ИК дихроизму.

551

Рис. 1.

Рис. 2.

Рис. 1. Сопоставление величин фактора ориентации кристаллитов (—V —), а также фактора сред­ немолекулярной ориентации, определенных по формулам (3) (—О —) и (8) (—А —), и по ИК дих­ роизму для ПВС пленок.

Рис. 2. Сопоставление величин факторов ориентации, определенных акустическим и спектральным методами для различных полимеров: 1 — ПС; 2 — ПВХ; 3 — ПБА; ПФТА; 4 — ПЭТФ; 5 — ПИ-ПМ; 6 — ПМФИФА; 7 — ПВС.

Как видно из рис. 2, практически для всех полимеров выполняется линейная зави­ симость между ориентацией, определенной акустическим и спектральным методами. Тан­ генс угла наклона лежит в пределах 1,08—0,83 для хорошо кристаллизующихся поли­ меров. Для слабокристаллического ПВХ и аморфного ПС отношение величин факторов ориентации по данным акустического и спектрального методов равно 0,63.

Причины различий для аморфных и кристаллических полимеров неясны. Тем не менее, применимость ранее предложенного варианта определения среднемолкулярной ориентации по данным акустического метода14 для широкого круга полимеров подтверж­ дается результатами, полученными независимым методом другой физической природы.

СП И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы

1.Mosely W. W. The measurement of molecular orientation in fibers by acoustic methods. — J. Appl. Polymer Sci., 1960, vol. 3, N 9, p. 266—276.

2.Перепечко И. И. Акустические методы исследования полимеров. М., 1973. 208 с.

3.Утевский Л. Е., Верховец А. П. О применимости формулы Мозли для определе­ ния среднемолекулярной ориентации кристаллических полимеров. — Высокомолекуляр­ ные соединения. Сер. Б, 1973, т. 15, № 7, с. 546—550.

4.Новак И. И., Веттегрень В. И. Исследование молекулярной ориентации в волок­ нах капрон методом ИК спектроскопии. — Высокомолекулярные соединения, 1964, т. 6,

4, с. 706—709.

5.Габараева А. Д. Ориентационная вытяжка и прочность линейных аморфных и кристаллических полимеров. Дис. на соиск. учен. степ. канд. физ.-мат. наук. Л., 1975. 205 с.

6.Носов М. П., Осинин С. Г. Акустический метод исследования молекулярной

ориентации волокон. — Высокомолекулярные соединения, 1966, т. 8, № 5, с. 829—833. 7. Morgan Н. М. Correlation of molecular orientation measurements in fibers by optical birefrigence and pulse velocity methods. — Textile Res. J., 1960, vol. 32, N 10,

p.866—868.

8.Голик A. 3., Кучинка M. Ю., Фридман А. Я. Исследование связи между показа­ телями молекулярной ориентации, определенными по двулучепреломлению и акустиче­ ским методом, и влияние этой ориентации на прочность поликапроамидных волокон. — Механика полимеров, 1967, № 1, с. 3—7.

9.Роговина А. А., Файнберг Э. 3. О применении метода определения скорости звука для исследования химических волокон. — Хим. волокна, 1972, № 6, с. 53—55.

10.Samuels R. I. Morfology of deformed polypropylene. — J. Polymer Sci., 1965, vol. A3, N 5, p. 1741— 1764.

11. Dumbleton I. H. Chain folding in oriented poly (ethylene terephthalate). — Poly­ mer Sci.,1969, A2, vol. 7, N 4, p. 667—674.

12.Журков С. H„ Новак И. И., Левин Б. Я. Связь прочности полимера с молекуляр­ ной ориентацией. — Высокомолекулярные соединения, 1965, т. 7, № 7, с. 1203— 1207.

13.Гинзбург Б. М., Сорокин А. Я., Френкель С. Я. О самоориентации структурных

элементов при термообработке волокон из ПВС. — Физика твердого тела, 1966, т. 8, № 3, с. 647—650.

552