Морфология полиамидов
Рентгеноструктурный анализ линейных гомополиамидов в твердом состоянии, например ПА 6 и 66, показывает, что они представляют собой частично кристаллические материалы. Степень кристалличности никогда не достигает 100%, обычно она ниже 50%. Размер кристаллитов в полиамидах очень мал и редко превышает 200 А, тогда как длина отдельной макромолекулы полиамида достигает 1000 А.
Кристалличность полиамидов, как и других полимеров, повышается, если молекулы характеризуются высокой степенью пространственной регулярности в расположении функциональных групп (стереорегулярность), небольшим объемом таких групп и возможностью возникновения межмолекулярных взаимодействий, способствующих плотной упаковке макромолекул.
 При охлаждении расплава, в котором макромолекулы полностью разориентированы, в результате теплового движения сегментов и взаимодействия между функциональными группами соседних макромолекул возникает правильное расположение цепей с образованием кристаллического порядка. При этом другие сегменты той же самой молекулярной цепи могут находиться за пределами кристаллических областей. Таким образом, отдельная макромолекула одновременно может входить как в кристаллические образования, так и в аморфные области.
При кристаллизации из расплава в отсутствие течения, когда на этот процесс не накладывается влияние внешних силовых полей, образующиеся кристаллиты характеризуются случайным расположением в пространстве. Кристаллиты, образующиеся в процессах литья и экструзии, анизотропны вследствие преимущественной ориентации цепей по направлению течения.
Силы межмолекулярного взаимодействия, действующие при кристаллизации полиамидов, главным образом обусловлены образованием водородных связей:
Стереорегулярность и образование водородных связей обычно считают основными особенностями строения полиамидов.
Водородные связи в полиамидах не локализуются только в кристаллических областях полимера. ИК-спектры медленно охлажденных полиамидов свидетельствуют о наличии небольшого числа несвязанных амидных групп. Быстрое охлаждение расплава, осуществляемое в реальных технологических процессах, приводит к повышению доли аморфной составляющей в полиамидах и увеличению содержания несвязанных амидных групп.
В то время как результаты рентгеноструктурного анализа, говорящие о сосуществовании в полиамидах аморфных и кристаллических областей, удовлетворительно объясняются моделью «бахромчатой мицеллы», данные оптической поляризационной микроскопии свидетельствуют о наличии упорядоченных образований, значительно превышающих по размерам кристаллиты. Такие образования называют сферолитами. Они хорошо видны в поляризационном микроскопе как двулучепреломляющие области с характерным мальтийским крестом. Сферолиты в полиамидах являются полностью кристаллическими образованиями, а часть полимера, не входящая в сферолиты, составляет аморфную прослойку. Сферолиты обычно образуются из первичных зародышей (роль которых могут выполнять гетерогенные частицы), но они могут возникать и самопроизвольно. Электронномикроскопические исследования показывают, что сферолиты обладают ламелярной структурой и их кристаллизация протекает по механизму роста ламелей.
Сферолиты делятся на «положительные» и «отрицательные» в соответствии с их оптическими свойствами, проявляющимися в поляризованном свете. В зависимости от строения полиамида и условий роста кристаллов в поляризационном микроскопе можно наблюдать структуры различного типа. Часто микроскопические исследования проводят с целью обнаружения структурных дефектов, возникающих во время формования изделий, а наблюдаемые картины хорошо согласуются с особенностями механических свойств полимера. Например, число и размер сферолитов, формирующихся при охлаждении полиамидов из расплава, зависят от скорости охлаждения и числа зародышей, присутствующих или образующихся в процессе охлаждения. Так, при медленном охлаждении расплава, содержащего небольшое количество зародышей, возникает большое число крупных сферолитов большого размера. Прайс показал, что радиальный размер сферолитов является линейной функцией времени. Скорость роста сферолитов не зависит от скорости диффузии.
|
