ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАСТМАСС НА ОСНОВЕ ПОЛИАМИДОВ

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.

Основные принципы регулирования молекулярной ориентации в процессах литья под давлением и опи­сание методов ее оценки приведены в работе [29].

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 темиера - туры 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.