Влияние ориентации на свойства полиамидов
Переработка полиамидов в изделия методами литья под давлением и экструзии приводит к некоторой ориентации макромолекул полимера. Фактически, любой процесс, включающий течение или сдвиговую деформацию, вызывает ориентацию различных структурных образований полимера, и этот эффект имеет место как в расплаве, так и в условиях пластической деформации твердого материала. Обычно ориентация полимера происходит в большинстве процессов формования изделий, но иногда необходимо увеличивать степень ориентации полимеров, используя специальные методы, с целью увеличения прочности в направлении ориентации. Таким образом регулируется прочность полиамидных пленок, получаемых экструзией. Пленки можно ориентировать в двух направлениях, перпендикулярных друг другу, что также вызывает возрастание их прочности.
При литье под давлением направление ориентации вполне определенно только в непосредственной близости от литника, тогда как внутри формы обычно невозможно предсказать направление течения и, следовательно, направление ориентации, особенно для форм сложной геометрической формы. В этой связи следует подчеркнуть, что многие образцы, используемые для стандартных испытаний, непосредственно примыкают к литнику, и их прочность в направлении ориентации (направление течения) выше прочности образцов с изотропными свойствами.
 При формовании изделий экструзией возникает несколько иная ситуация, так как в этом случае вязкость расплава оказывает большее влияние на ориентацию, чем при литье под давлением. Картина ориентации симметрична относительно центральной оси. При высокой вязкости расплава, приводящей к большим напряжениям при сдвиге, возрастает ориентация в направлении течения, тогда как при понижении вязкости расплава, например при повышении температуры, ориентация уменьшается. Рассматривая ориентацию по сечению экструдата, можно заметить, что наиболее высокая степень ориентации наблюдается во внешних слоях экструдата, которые быстрее охлаждаются при выходе из экструдера. Степень ориентации уменьшается от поверхности к центру формуемого изделия. Результатом этого является изменение свойств (что будет обсуждено ниже) по сечению образца. Влияние ориентации увеличивается при введении в расплавы полиамидов коротких стеклянных волокон, так как помимо молекулярной ориентации параллельная укладка волокон в направлении течения приводит к значительному возрастанию прочности композиции в этом направлении. Вязкость расплава влияет на ориентацию в наполненных полиамидах так же, как и при отсутствии наполнения. При очень высоких скоростях сдвига жесткие и хрупкие волокна разрываются, и уменьшение их длины приводит к понижению прочности композиции в областях больших сдвиговых деформаций.
Прочность при растяжении увеличивается в направлении ориентации пропорционально последней. В ориентированном образце ударная вязкость меньше в направлении ориентации и больше в перпендикулярном ей направлении по сравнению с неориентированным образцом. Ударная вязкость также повышается с ростом температуры расплава, так как при этом облегчаются процессы разориентации.
Прочность при изгибе возрастает в направлении ориентации. При повышении температуры переработки материала процессы разориентации уменьшают эффект увеличения прочности. Ползучесть полиамида уменьшается при повышении молекулярной ориентации в направлении нагружения. Снижение температуры расплава в процессе переработки, увеличивая ориентацию в направлении течения, уменьшает ползучесть полиамидного материала. Теплостойкость полиамидов, подвергнутых ориентации при формовании, может оказаться ниже теплостойкости соответствующих изотропных материалов. Это связано с тем, что в процессе нагревания «замороженные» напряжения релаксируют, приводя к таким искажениям формы образца, которые в условиях испытаний изотропных образцов наблюдаются при достижении предела теплостойкости материала.
В стеклонаполненных полиамидах помимо описанных выше эффектов, характерных для ненаполненных материалов, ориентация приводит к уменьшению термического коэффициента расширения и снижению усадки в направлении ориентации волокна. В некоторых случаях остаточные напряжения в полиамидах, возникающие при ориентации, могут реализоваться при помещении материала в химически активную среду, например в водные растворы некоторых солей, что часто приводит к растрескиванию деталей.
|
