Особенности механических свойств кристаллических полимеров
Кристаллические полимеры под влиянием приложенного напряжения могут подвергаться значительным деформациям (до 1000%). В течение длительного времени полагали, что деформация кристаллических полимеров (например, полиамидов) носит в основном необратимый характер, Тс обусловлена развитием процессов течения. Это заключение основывалось па том, что растянутый образец полимера при нагревании выше температуры плавления не восстанавливал своих первоначальных размеров. Однако это не является доказательством необратимого характера деформации полиамида, поскольку, вследствие сравнительно невысокого молекулярного веса этого полимера, при нагревании он переходит не в высокоэластическое, а в вязкотекучее состояние, характеризующееся необратимыми деформациями. Большие деформации кристаллических полимеров могут быть и обратимыми.
Полимеры, способные к кристаллизации, обладают большей частью высокой темтературой плавления, а поэтому при комнатной температуре их легко получить в кристаллическом состоянии. Однако при быстром охлаждении расплавы кристаллизующихся полимеров переходят в стеклообразное состояние. Температуры их стеклования всегда лежат ниже температур плавления, причем у одних полимеров Тс ниже комнатной температуры (полиэтилен, полиамиды, поливинилиденхлорид и т. д.), у других - Тс выше комнатной температуры (полиэтплентсрефталат, изотактпческий полистирол). При деформации кристаллических полимеров (так же как и некоторых стеклообразных) при определенной величине приложенного напряжения а образце внезапно образуется участок со значительно уменьшенным поперечным сечением – шейкой.
Механические свойства кристаллических полимеров детально изучены В. А. Каргипым и Т. И. Соголовой. Зависимость относительной деформации ε от напряжения δ для кристаллических полимеров выражается не плавными кривыми, как в высокоэластическом или в вынужденно-эластическом состоянии, а ломаной линией, состоящей из трех отрезков:
Каждый из этих отрезков соответствует определенному физическому процессу, происходящему в деформируемом кристаллическом полимере.
Участок OA отвечает упругой деформации, формально подчиняющейся закону Гука, причем образец удлиняется как целое на очень небольшую величину. Точка А соответствует скачкообразному началу образования шейки. Участок АБ соответствует увеличению размера узкой части образца за счет сокращения широкой. На этой стадии деформации в исходном изотропном образце кристаллического полимера при постоянном напряжении обычно происходит ориентация кристаллитов, что подтверждается рентгеновскими данными. Если исходный образец анизотропен и деформируется в направлении, перпендикулярном направлению первоначальной ориентации кристаллитов, то па участке АБ происходит процесс переориентации кристаллитов. Процесс ориентации (или переориентации) Кристаллитов начинается в точке А и заканчивается в точке Б; при этом весь образец переходит в шейку. Участок БВ соответствует удлинению переориентированного образна как целого, причем величина деформации на этом участке больше, чем на участке OA.
При деформации анизотропного кристаллического полимера образец в исходном и конечном состояниях обладает совершенно одинаковыми структурой и свойствами; различие состоит только в том, что направления ориентации кристаллитов у них взаимно перпендикулярны.