Введение
1. Обзор литературы 13
1.1 Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ) - исходный полимер для получения высокопрочных ориентированных волокон 13
1.1.1 Молекулярная структура СВМПЭ 14
1.1.2 Физико-механические свойства СВМПЭ 15
1.1.3 Получение СВМПЭ 17
1.1.4 Применение СВМПЭ 18
1.2 Гель-состояние полимера как основа получения высокопрочных волокон из гибкоцепных полимеров 18
1.2.1 Понятие геля и общие представления о структуре полимерных гелей 19
1.2.2 Классификация полимерных гелей 21
1.2.3 Строение и свойства гелей из СВМПЭ 23
1.3 Высокопрочные ориентированные волокна ПЭ 24
1.3.1 Конформационные переходы при ориентационном вытягивании волоконПЭ 26
1.3.2 Структурная обусловленность механических свойств ориентированных волокон ПЭ 28
1.4 Создание высокопрочных волокон с помощью метода гельформования 30
1.4.1 Растворение полимера - начальная стадия метода гельформования 31
1.4.2 Стадия гелеобразования 33
1.4.3 Формование и вытягивание гель-волокон 34
1.4.3.1 Факторы, влияющие на физико-механические свойства волокон 34
1.4.3.2 Ориентационное вытягивание - важнейшая стадия при получении высокопрочных гель-волокон 37
1.4.4 Варианты технологических схем в методе гель-формования 43
1.4.5 Применение высокопрочных волокон из СВМПЭ 46
1.5 Основные физико-химические методы, применяемые для изучения молекулярной структуры ПЭ волокон 48
1.5.1 Спектральные методы исследования 49
1.5.1.1 Инфракрасная спектроскопия 49
1.5.1.2 Спектроскопия комбинационного рассеяния (КР) 52
1.5.2 Рентгеноструктурный анализ 54
1.5.2.1 Метод большеугловой рентгеновской дифракции (БУРД) 55
1.5.2.2 Малоугловое рассеяние рентгеновских лучей 57
1.5.3 Сканирующая электронная микроскопия 57
1.5.4 Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) 59
1.6 Механические методы исследования полимерных волокон 59
2. Объекты и методы исследования, используемые в работе 61
2.1 Объекты исследования и методика приготовления образцов 61
2.1.1 Приготовление гелей из СВМПЭ 61
2.1.1.1 Приготовление гелей СВМПЭ на основе вазелинового (парафинового) масла 61
2.1.1.2 Приготовление гелей СВМПЭ на основе декалина 62
2.1.1.3 Приготовление гелей СВМПЭ в п-ксилоле 62
2.1.2 Получение ксерогелей СВМПЭ 62
2.1.3 Получение высокопрочных нитей из СВМПЭ методом гельформования 63
2.2 Методы исследования строения гелей и волокон СВМПЭ 64
2.2.1 Низкочастотная спектроскопия КР 65
2.2.2 Фурье ИК спектроскопия 67
2.2.3 Термический анализ 71
2.2.4 Рентгеновская дифракция 74
2.2.5 Ротационная вискозиметрия 76
2.2.6 Сканирующая электронная микроскопия 79
2.2.7 Механические испытания волокон СВМПЭ 81
2.2.8 Расчет условного диаметра филамента нити СВМПЭ 82
3. Особенности процесса гелеобразования при получении высокопрочных волокон из СВМПЭ 83
3.1 Изучение структуры пространственной сетки гелей из СВМПЭ методами ИК и КР спектроскопии 83
3.2 Термический анализ гелей и ксерогелей СВМПЭ 87
3.2.1 Термогравиметрический анализ 87
3.2.2 Дифференциальная сканирующая калориметрия 92
3.3 Реологические характеристики гелей СВМПЭ 99
3.4 Изучение изменения продольных размеров кристаллитов при переходе геля СВМПЭ в состояние ксерогеля методом низкочастотной спектроскопии КР 103
3.5 Определение поперечных размеров кристаллитов в геле и ксерогеле СВМПЭ методом БУРД 106
3.6 Исследование поверхности пленки ксерогеля СВМПЭ методом сканирующей электронной микроскопии 110
4. Влияние ориентационного вытягивания на механические свойства волокон СВМПЭ 112
4.1 Изменение прочностных характеристик гель-волокон СВМПЭ при ориентационном вытягивании 112
4.2 Исследование изменения поверхности волокна СВМПЭ на разных этапах ориентационного вытягивания методом сканирующей электронной микроскопии 114
4.3 Определение изменения конформационного состава, степени ориентации конформеров и относительного содержания молекулярных разрывов в процессе ориентационного вытягивания гель-волокон СВМПЭ методом поляризационной Фурье ИК спектроскопии 118
4.4 Определение качественного изменения кристаллической структуры в волокнах СВМПЭ на различных стадиях ориентационного вытягивания методами ДСК и больше- и малоугловой рентгеновской дифракции 126
4.5 Определение изменения продольных размеров выпрямленных сегментов цепей в нитях СВМПЭ с различными кратностями ориентационного вытягивания методом низкочастотной спектроскопии КР в области ПАМ 135
4.6 Влияние морфологии реакторных порошков, как исходного сырья при получении высокопрочных волокон, на механические свойства нитей из СВМПЭ 139
Выводы 142
