Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,021

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ В РАМКАХ ФРАКТАЛЬНОГО АНАЛИЗА

Маламатов А.Х.
В настоящее время хорошо известно, что изменение степени кристалличности и размеров (морфологии) кристаллической структуры оказывает существенное влияние на свойства аморфно-кристаллических полимеров. В свою очередь, вышеуказанные параметры кристаллической структуры в основном контролируются молекулярной массой, условиями кристаллизации и химическим строением полимера [1].

При введении в полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) высокодисперсной смеси Fe/FeO (Z) было обнаружено существенное изменение свойств композиций ПЭВП+Z по сравнению с исходным полиэтиленом [2]. Естественно, что такое изменение предполагает соответствующую вариацию структуры аморфно-кристаллического полимера. Важно отметить, что столь значительные изменения свойств композиций ПЭВП+Z обусловлены введением Z в полимерную матрицу и при этом упомянутые выше контролирующие параметры оставались неизменными [2]. Цель настоящей работы - дать количественное описание конечного показателя процесса кристаллизации - степени кристалличности для композиций ПЭВП+Z в рамках фрактального анализа.

Ранее было обнаружено [2], что введение Z в ПЭВП приводит к экстремальному повышению плотности сетки физических зацеплений при содержании Z Сг~0,05 масс. %. Оценить соответствующие структурные изменения композиций ПЭВП+Z можно с помощью фрактальной размерности структуры df, которая определяется из уравнения:

df =(d - 1)(l + v),                        (1)

где d - размерность евклидова пространства, в котором рассматривается фрактал (очевидно, в нашем случае d=3), v - коэффициент Пуассона, оцениваемый по результатам механических испытаний с помощью соотношения:

2  (2) 

где σТ - предел текучести, Е - модуль упругости.

В свою очередь, структурная характеристика df связана с характеристическим отношением С (молекулярной характеристикой, которая является показателем статистической гибкости полимерной цепи) следующим соотношением:

а                 (3)

И наконец, степень орторомбической кристалличности К зависит от С следующим образом:

а (4)

Сравнение зависимостей K(CZ), где величина К была рассчитана согласно уравнениям (1)-(4) и экспериментально определена методом ДСК, показало количественное и качественное соответствие теории и эксперимента.

Ранее было показано, что между параметрами df и К существует простое соотношение:

df = 2 + K .                         (5)

Сравнение зависимостей K(CZ), где величина К была рассчитана согласно уравнению (5) и определена методами ИК-спектроскопии, также показало хорошее соответствие теории и эксперимента.

Обращает на себя внимание количественное расхождение величин К (примерно на 0,14-0,20), полученных согласно уравнению (4) и методом ДСК, с одной стороны, и уравнению (5) и методами ИК-спектроскопии, с другой. Как показал Манделькерн [1], такое расхождение определяется различием величин степени кристалличности, полученных указанными выше методиками. Согласно ИК-спектроскопии определяется суммарная относительная доля как чисто кристаллических орторомбических областей, обладающих трехмерным упорядочением, так и межфазных областей, обладающих промежуточным (двухмерным) порядком, тогда как ДСК межфазные области не учитывает. Поэтому относительную долю межфазных областей можно определить как разность величин К, определенных методами ИК-спектроскопии и ДСК.

Как показано в работе [3], увеличение плотности сшивки в случае сетчатых эпоксиполимеров приводит к уменьшению С .Теоретическое обоснование этого эффекта в рамках фрактального анализа дано ранее [4]. Аналогичная закономерность наблюдается и в случае сетки физических зацеплений (кластерной). Зависимость С от молекулярной массы Мкл участка цепи между кластерами продемонстрировала, что наблюдается рост С по мере повышения Мкл (или снижения плотности кластерной сетки зацеплений) и экстраполяция зависимости Скл) к Мкл=0 дает минимальное значение С=2 для случая тетраэдрических валентных углов.

Таким образом, результаты настоящего сообщения показали адекватность фрактального анализа применительно к описанию степени кристалличности композиций ПЭВП+Z. Степень кристалличности этих композиций контролируется статистической гибкостью полимерной цепи, которая, в свою очередь, зависит от топологии молекулярного каркаса зацеплений.

Литература

  1. Mandelkern L. Polymer J., 1985, v. 17, № 1, р. 337-350.
  2. Машуков Н.И., Гладышев Г.П., Козлов Г.В. Высокомполек. соед. А, 1991, т. 33, № 12, с. 2538-2546.
  3. Маламатов А.Х., Машуков Н.И., Козлов Г.В. Известия КБНЦРАН, 1999, № 3, с. 6568.
  4. Козлов Г.В., Белошенко В.А., Новиков В.У., Липатов Ю.С. Украинский химический журнал, 2001, т. 67, № 3, с. 57-60.

Библиографическая ссылка

Маламатов А.Х. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ В РАМКАХ ФРАКТАЛЬНОГО АНАЛИЗА // Современные наукоемкие технологии. – 2005. – № 11. – С. 58-59;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=26446 (дата обращения: 06.05.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074