Экспериментальная часть

2. Экспериментальная часть

2.1 Объекты исследования

Объектами исследования служили диацетатные волокна, полученные сухим способом формования на ОАО «Химволокно» (г. Энгельс); пленки, сформованные из раствора ДАЦ (диацетата целлюлозы) в ацетоне с водой (95:5) в лабораторных условиях.

Характеристика диацетатного волокна: содержание связной уксусной кислоты 54,5%, линейная плотность 6,7 текс, количество элементарных мононитей ~23.

Физико-химическая характеристика растворителей приведена в таблице 2.2. Все растворители квалификации ч.д.а.

Таблица 2.2

Физико-химическая характеристика растворителей

Диацетатцеллюлозные волокна подвергали обработке парами нитрометана для изучения кинетики самопроизвольной деформации (удлинение-сокращение) и набухания.

Выбор нитрометана обусловлен тем, что ацетаты целлюлозы способны образовывать в нитрометане лиотропную ЖК-фазу [9]. Нитрометан относится к классу апротонных, диполярных растворителей. Известно также, что нитрометан способен сольватировать в макромолекулах ацетатов целлюлозы преимущественно гидроксильные группы [30].

2.2 Методы исследования

Для изучения явления самопроизвольной деформации (удлинение (СУ) – сокращение (СС)) ацетатных волокон в пара́х нитрометана образец волокна размещали на специальном держателе вертикально над поверхностью растворителя в герметически закрываемом бюксе объемом 100 мл (рис.2.18).

Рис.2.18. Схема экспериментальной установки для изучения процесса самопроизвольной деформации ацетатных волокон.

Применение этого способа обработки оказалось более целесообразным по сравнению с обычным набуханием в среде растворителя, поскольку позволило визуально наблюдать и оценить СУ, а также обратный процесс – сокращения (СС) удлинившегося волокна.

Эксперимент проводили в интервале температур 18-50єС и нормальном атмосферном давлении. Изменение длины волокна (L) фиксировали по миллиметровой шкале, закрепленной на задней стенке сосуда. Затем проводили расчет величины самопроизвольной деформации (L/L₀), с учетом первоначальной длины волокна (L₀), принятой за 100%. Средние величины L/L₀ определяли по результатам 3-4 опытов. По полученным значениям строили зависимости L/L₀ от времени.

Проводили также исследование СУ–СС вертикально закрепленных образцов при приложении к нити внешних нагрузок, массой 2,5-5 мг.

Были также воспроизведены опыты с горизонтально протянутыми волокнами. Методика эксперимента подробно описана в [12].

Исследования упруго-пластических характеристик исходных ацетатных волокон и модифицированных в пара́х нитрометана проводили на разрывной машине одноосного растяжения Tira Test 28005, с ячейкой нагружения 100 Н.

3. Обсуждение результатов

3.1 Изучение некоторых свойств ацетатных волокон, деформированных в паровой среде нитрометана

Как уже обсуждалось в литературном обзоре необычный эффект самопроизвольного удлинения горизонтально протянутых ацетатных волокон был обнаружен впервые в 1986 году. В последующие годы эффект самопроизвольного циклического деформирования (удлинение–сокращение) ацетатной нити в пара́х нитрометана был многократно воспроизведен при различных условиях: как без дополнительного нагружения образца, так и под действием внешней силы, а также детально исследован с многих точек зрения [9, 12]. Однако измерение упруго-пластических свойств модифицированных волокон осталось не изученным.

Исследовали упруго-пластические характеристики исходного волокна и модифицированных нитей, извлеченных из паровой среды нитрометана на разных стадиях процесса самопроизвольной деформации. На рис.3.23 представлены деформационные кривые нагрузка–удлинение исходного (кривая 1) и модифицированных в парах нитрометана волокон (кривые 2-7).

Для контрольного и всех модифицированных образцов по прямолинейному участку деформационных кривых определяли модуль Юнга (E). Зависимость модуля Юнга от времени модификации ацетатных нитей в пара́х нитрометана представлена на рис.3.24. Видно, что кривая E=f(t) носит экстремальный характер. На стадиях индукционного периода удлинения (t=0-1 мин) и интенсивного деформирования (t=1-4 мин) волокна в паровой фазе нитрометана наблюдается возрастание модуля Юнга, а на стадии сокращения удлинившихся размеров (t=4-7 мин) – уменьшение E (рис.3.24).

Рис.3.24. Зависимость модуля Юнга ацетатных волокон от времени модификации образца полимера в пара́х нитрометана.

Из деформационных кривых нагрузка–удлинение была получена также зависимость разрывной нагрузки (минимальное усилие, приводящее к разрыву волокна) от времени модификации ацетатного волокна в пара́х растворителя (рис.3.25). Из рис.3.25 видно, что на предшествующей удлинению стадии набухания (t=0-1 мин) разрывная нагрузка образца резко снижается. Для образцов, извлеченных из паровой среды сорбата на этапах интенсивного удлинения (t=1-4 мин) и интенсивного сокращения (t=4-6 мин), дополнительного существенного изменения разрывной нагрузки практически не наблюдается. И наконец, на последнем этапе возврата волокна к начальным линейным размерам (t=6-7 мин) разрывная нагрузка вновь умьшается.

Полученные экспериментальные данные (рис.3.23-3.25) подтверждают сделанное в [12] предположение, что в ходе процесса самопроизвольной деформации ацетатного волокна в парах активной среды происходит конформационная перестройка макроцепей и их доменов, сопровождающаяся уменьшением механической прочности волокна.

Рис.3.25. Зависимость разрывной нагрузки от времени модификации ацетатных нитей в парах нитрометана.