Влияние режима отжига на светостойкость полиэтилена

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН

2006, том 49, №2

ФИЗИКА

УДК 541(14+64): 539.3

Т.Бобоев, С.Дж.Гафуров ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ОТЖИГА НА СВЕТОСТОЙКОСТЬ ПОЛИЭТИЛЕНА

Под влиянием УФ-излучения в полимерах развиваются различные химические реакции, которые приводят к изменению структуры и эксплуатационных характеристик полимера [1-4]. С целью повышения светостойкости полимерных материалов обычно в них вводят вещества, поглощающие и рассеивающие УФ-излучение, дезактивирующие молекулы в возбужденном состоянии, взаимодействующие со свободными радикалами и прерывающие процессы распада цепи полимера.

В отличие от традиционного химического способа светостабилизации в [4,5], был предложен физический способ повышения светостойкости полиэтилентерефталата путем изменения его физической структуры без введения в образец каких-либо химических добавок.

В настоящей работе подобные исследования проведены на полиэтилене. Ориентированные образцы из полиэтилена (ПЭ) вначале подвергались термообработке в фиксированном и свободном состояниях, а затем исследовалась их светостойкость. Отжиг образцов проводили в термокамере в воздушной среде при 60, 70 и 80°С, время отжига варьировали в интервале 0-5 ч. Светостойкость образцов оценивалась по результатам измерения прочности, радиационной долговечности и кинетики образования субмикротрещин.

Прочность образцов определяли по деформационным кривым, снятым при скорости растяжения 12 мм/мин. Исследования радиационной долговечности при Х=254 нм проводили согласно методике, описанной в [4].

Изучение кинетики образования субмикроскопических трещин (СМТ) проводилось методом дифракции рентгеновских лучей под малыми углами в меридиальном и экваториальном направлениях с использованием Си Ка-излучения, фильтрованного никелем на установке КРМ-1. По распределению интенсивности дискретного и диффузного рассеяния на малоугловых рентгенограммах оценивали величины больших периодов, размеры и концентрации СМТ [6].

Результаты проведенных механических испытаний образцов из полиэтилена с различной термомеханической предысторией приведены на рис.1.

Видно, что для образцов, подвергнутых отжигу в свободном состоянии (1-3), с увеличением продолжительности отжига наблюдается уменьшение разрывной прочности ор. Для образцов, подвергнутых отжигу в фиксированном состоянии (4-6), с ростом времени отжига наблюдается экстремальное изменение величины ор. При этом образцы, отожженные при температуре 70°С в течение 1 часа в фиксированном состоянии, обладают наибольшей разрывной прочностью.

Рис.1. Изменения разрывной ности пленок ПЭ от продолжительности отжига при различных температурах. 1-3 -образцы в свободном состоянии; 4-6 - в фиксированном состоянии. Т=60°С (1, 4), 70°С (2, 6) и 80°С (3, 5).

Для выявления влияния предыстории образца на развитие фотодеструкции исследования проводили на образцах трех видов: исходные неотожженные (серия 1), подвергнутые отжигу при 70°С в течение 1 ч. в свободном (серия 2) и фиксированном (серия 3) состояниях.

Результаты проведенных исследований по изучению влияния режима отжига на долговечность ПЭ в условиях фотомеханической деструкции представлены на рис.2.

Рис.2. Влияния режима отжига на радиационную долговечность образцов из ПЭ при Х=254 нм для исходного образца

(1) и образцов, отожженных в свободном

(2) и фиксированном (3) состояниях.

Видно, что зависимость ^ т = /(а) состоит из двух участков. На первом участке (1 - в области

о > ог) значения радиационной долговечности ^ для образцов как в случае облучения, так и в его отсутствие совпадают. Влияние отжига на значения г7 проявляется только на втором участке (11 - при о < ог). Оказалось, что в условиях фотомеханической деструкции долговечность образцов, отожженных в фиксированном состоянии, значительно больше, чем у исходных и образцов, отожженных в свободном состоянии. В то же время долговечность образцов, отожженных в свободном состоянии, меньше, чем у исходных. То есть, если предварительный отжиг в фиксированном состоянии замедляет процесс фотомеханической деструкции, то отжиг в свободном состоянии, наоборот, ускоряет этот процесс. Эти результаты показывают, что предварительный отжиг в фиксированном состоянии приводит к увеличению светостойкости полиэтилена в

условиях фотомеханической деструкции. Обнаруженный эффект также был подтвержден опытами по изучению влияния режима термообработки на кинетику образования СМТ в условиях фотомеханической деструкции ПЭ. Эти испытания были проведены при нагрузках а = 0,4а , когда ярко проявляются эффекты излома на кривых долговечности

I т (а). На рис.3 представлена зависимость концентрации СМТ N от времени УФ-облучения и механической нагрузки (ап = 5МПа) Видно, что концентрация СМТ с увеличением времени действия облучения и нагрузки заметно возрастает. Однако концентрации СМТ в исходных и термообработанных образцах в свободном состоянии значительно больше, чем в образцах отожженных в фиксированном состоянии. То есть предварительный отжиг в фиксированном состоянии замедляет процесс образования СМТ в условиях фотомеханической деструкции. Согласно [5], отжиг образцов в фиксированном состоянии сопровождается повышением плотности упаковки структурных элементов, улучшением ориентации, что вызывает повышение прочности системы. Эти процессы в свою очередь могут замедлять развитие фотоокислительных процессов, распад цепных молекул и обуславливать замедление процесса образования СМТ.

Рис.3. Изменение концентрации СМТ в образцах из ПЭ в зависимости от времени действия напряжения и УФ - света для исходного образца (1) и образцов, отожженных в свободном (2) и фиксированном(З) состояниях.

Эти результаты показывают, что путем термообработки образцов в фиксированном состоянии удается повышать светостойкость ПЭ в условиях фотодеструкции. Предложенный способ повышения светостойкости без использования светостабилизаторов является экологически чистым и может быть рекомендован в практической технологии.

Таджикский государственный национальный университет

Поступило 13.04.2005 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ремби Б., Рабек Я. Фотодеструкция, фотоокисление, фотостабилизация полимеров. Мир, 1978, 274 с.

2. Гиллет Дж. Фотофизика и фотохимия полимеров. - М.: Мир, 1988, 435 с.

М.

3. Шляпинтох В.Я. Фотохимические превращения и стабилизация полимеров. - М.: Химия, 1979, 344 с.

4. Бобоев Т. Фотомеханическое разрушение полимеров. - Душанбе: Матбуот, 2000, 241с.

5. Бобоев Т.Б., Джонов Е., Туйчиев Ш. - Высокомолек.соед. -1988, сер.Б, т.40, №8, с. 1372-1376.

6. Тамуж В.П., Куксенко В.С. Микромеханика разрушения полимерных материалов. - Рига: Зинатие, 1978, 294 с.

Т.Б.Бобоев, С.Ч,.Гафуров ТАЪСИРИ РЕЖИМИ ОБУТОБДИХ,Й БА РУШНОИТОБОВАРИИ ПОЛИЭТИЛЕН

Нишон дода шудааст: ки бо рох,и обутобдихди пешакй дар х,олати мукдраршуда рушноитобоварии полиэтиленро дар мавриди деструксияи фотомеханикй зиёд намудан мумкин аст.

T.B.Boboev, S.J.Gafurov THE IMPACT OF ANNEALINGS REGIME ON LIGHT RESISTANCE OF POLYETHYLENE

It's shoved that by preliminary annealing in a fixed condition one can manage to increase the light resistance of polyethylene in conditions of a photomechanical destruction.