Модификация кристаллизующихся полимеров с использованием равноканальной многоугловой экструзии
На примере полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), полиамида-6 (ПА-6) исследованы возможности равноканальной многоугловой экструзии (РКМУЭ) для осуществления структурной модификации кристаллизующихся полимеров. Показано, что деформация полимерных заготовок указанны...
Збережено в:
| Дата: | 2005 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2005
|
| Назва видання: | Физика и техника высоких давлений |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70119 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Модификация кристаллизующихся полимеров с использованием равноканальной многоугловой экструзии / В.А. Белошенко, В.Н. Варюхин, Ю.В. Возняк // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 107-111. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-70119 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-701192014-10-29T03:01:54Z Модификация кристаллизующихся полимеров с использованием равноканальной многоугловой экструзии Белошенко, В.А. Варюхин, В.Н. Возняк, Ю.В. На примере полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), полиамида-6 (ПА-6) исследованы возможности равноканальной многоугловой экструзии (РКМУЭ) для осуществления структурной модификации кристаллизующихся полимеров. Показано, что деформация полимерных заготовок указанным методом приводит к характерным изменениям в спектрах широкоуглового рентгеновского рассеяния (ШУРР), поведении микротвердости, которые вызываются перестройками кристаллической структуры. Potentialities of the equal-channel multiple angular extrusion (ECMAE) for structural modification of crystallizing polymers have been investigated on the example of low-density polyethylene (LDPE), high-density polyethylene (HDPE) and polyamide-6 (PA-6). It is shown that deformation of polymeric billets by the mentioned method results in typical changes in spectra of the large-angle X-ray scattering and in the behavior of microhardness as a result of crystal structure rearrangements. 2005 Article Модификация кристаллизующихся полимеров с использованием равноканальной многоугловой экструзии / В.А. Белошенко, В.Н. Варюхин, Ю.В. Возняк // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 107-111. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.20.Sh, 81.40.−z http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70119 ru Физика и техника высоких давлений Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
На примере полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), полиамида-6 (ПА-6) исследованы возможности равноканальной многоугловой экструзии (РКМУЭ) для осуществления структурной модификации кристаллизующихся полимеров. Показано, что деформация полимерных заготовок указанным методом приводит к характерным изменениям в спектрах широкоуглового рентгеновского рассеяния (ШУРР), поведении микротвердости, которые вызываются перестройками кристаллической структуры. |
| format |
Article |
| author |
Белошенко, В.А. Варюхин, В.Н. Возняк, Ю.В. |
| spellingShingle |
Белошенко, В.А. Варюхин, В.Н. Возняк, Ю.В. Модификация кристаллизующихся полимеров с использованием равноканальной многоугловой экструзии Физика и техника высоких давлений |
| author_facet |
Белошенко, В.А. Варюхин, В.Н. Возняк, Ю.В. |
| author_sort |
Белошенко, В.А. |
| title |
Модификация кристаллизующихся полимеров с использованием равноканальной многоугловой экструзии |
| title_short |
Модификация кристаллизующихся полимеров с использованием равноканальной многоугловой экструзии |
| title_full |
Модификация кристаллизующихся полимеров с использованием равноканальной многоугловой экструзии |
| title_fullStr |
Модификация кристаллизующихся полимеров с использованием равноканальной многоугловой экструзии |
| title_full_unstemmed |
Модификация кристаллизующихся полимеров с использованием равноканальной многоугловой экструзии |
| title_sort |
модификация кристаллизующихся полимеров с использованием равноканальной многоугловой экструзии |
| publisher |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| publishDate |
2005 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/70119 |
| citation_txt |
Модификация кристаллизующихся полимеров с использованием равноканальной многоугловой экструзии / В.А. Белошенко, В.Н. Варюхин, Ю.В. Возняк // Физика и техника высоких давлений. — 2005. — Т. 15, № 1. — С. 107-111. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Физика и техника высоких давлений |
| work_keys_str_mv |
AT belošenkova modifikaciâkristallizuûŝihsâpolimerovsispolʹzovaniemravnokanalʹnojmnogouglovojékstruzii AT varûhinvn modifikaciâkristallizuûŝihsâpolimerovsispolʹzovaniemravnokanalʹnojmnogouglovojékstruzii AT voznâkûv modifikaciâkristallizuûŝihsâpolimerovsispolʹzovaniemravnokanalʹnojmnogouglovojékstruzii |
| first_indexed |
2025-07-05T19:25:25Z |
| last_indexed |
2025-07-05T19:25:25Z |
| _version_ |
1836836219780071424 |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
107
PACS: 81.20.Sh, 81.40.−z
В.А. Белошенко, В.Н. Варюхин, Ю.В. Возняк
МОДИФИКАЦИЯ КРИСТАЛЛИЗУЮЩИХСЯ ПОЛИМЕРОВ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАВНОКАНАЛЬНОЙ
МНОГОУГЛОВОЙ ЭКСТРУЗИИ
Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
На примере полиэтилена низкой плотности (ПЭНП), полиэтилена высокой плот-
ности (ПЭВП), полиамида-6 (ПА-6) исследованы возможности равноканальной
многоугловой экструзии (РКМУЭ) для осуществления структурной модификации
кристаллизующихся полимеров. Показано, что деформация полимерных заготовок
указанным методом приводит к характерным изменениям в спектрах широкоугло-
вого рентгеновского рассеяния (ШУРР), поведении микротвердости, которые вы-
зываются перестройками кристаллической структуры.
Введение
Традиционными схемами деформирования полимерных материалов, при-
водящими к накоплению больших пластических деформаций, являются кру-
чение дисковых заготовок на наковальнях Бриджмена [1] и равноканальная
угловая экструзия (РКУЭ) цилиндрических или призматических заготовок
[2]. Результаты многочисленных исследований продемонстрировали значи-
тельные потенциальные возможности указанных методов для структурной
модификации полимеров. Вместе с тем каждый из них обладает существен-
ными недостатками. Кручению под высоким давлением могут быть подвер-
жены небольшие объемы вещества, что ограничивает его применение. Для
достижения необходимого результата РКУЭ требует многократного повто-
рения процесса деформирования, что снижает ее производительность. Кро-
ме того, после такой обработки искажается форма заготовки, она приобрета-
ет вид изогнутого стержня, что усложняет проведение многоциклового де-
формирования.
В последние годы получили распространение новые методы накопления
больших пластических деформаций, основанные на простом сдвиге. Один из
них – метод РКМУЭ [3], в процессе которой цилиндрическая заготовка про-
давливается через устройство, состоящее из нескольких пар каналов одного
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
108
диаметра, пересекающихся под заданными углами (в отличие от РКУЭ, где
присутствует только одна пара каналов).
РКМУЭ широко используется для формирования наноструктурных со-
стояний металлических материалов [4] и подтвердила свою высокую эффек-
тивность. Можно ожидать, что применение этого метода будет так же эф-
фективно и для структурной модификации полимеров, хотя предполагаемый
результат не связан с образованием наноструктур. В настоящей работе впер-
вые исследованы возможности РКМУЭ по отношению к аморфно-
кристаллическим полимерам.
Материалы и методика эксперимента
В работе использовали устройство для РКМУЭ с четырьмя деформирую-
щими каналами (трехугловая экструзия). Углы пересечения каналов состав-
ляли: θ1 = 75°, θ2 = 60°, θ3 = 75°. Экструзию осуществляли на гидравличе-
ском прессе со скоростью перемещения заготовки 1 mm/s. Деформирование
производили при комнатной и повышенных температурах. В последнем
случае деформирующий блок нагревали с помощью печи. Процесс много-
цикловой экструзии выполняли многократным прямым перемещением мате-
риала относительно деформирующих втулок. Величину эквивалентной де-
формации рассчитывали по формуле:
∑
=
θ=
n
i
ie
1 3
ctg2 .
Объектами исследования были ПЭНП, ПЭВП и ПА-6. Заготовками
для РКМУЭ служили прутки полимеров, полученные экструзией из рас-
плава. Они имели цилиндрическую форму с диаметром 15 mm и длиной
50 mm.
Измерение микротвердости Hµ проводили на приборе ПМТ-3 при нагруз-
ке на индентор 0.2 N на полированных торцах образцов после каждого цикла
деформирования. Среднее значение Hµ определяли по 20 отпечаткам.
Рентгеноструктурные исследования выполняли методом ШУРР на рентге-
новском дифрактометре ДРОН-3. При этом использовали Fe Kα-излучение,
фильтрованное Mn. Съемку вели в режиме на отражение (фокусировка по
Бреггу−Брентано). Система управления гониометром содержала блок управле-
ния рентгеновским дифрактометром, обеспечивающий режим его работы с па-
раметрами, заданными через ЭВМ типа IBM. Изучение микроструктуры и
микрофотографирование проводили на оптическом микроскопе в отраженном
свете. Выявление структуры осуществляли на полированных поверхностях об-
разцов после их травления.
Полученные результаты и их обсуждение
Известно, что для полимеров величина микротвердости Hµ пропорцио-
нальна пределу текучести σт материала [4], поэтому об изменении последне-
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
109
го судили по поведению Hµ. Такой под-
ход позволил не только упростить про-
цедуру механических испытаний, но и
получить информацию об однородности
деформации по сечению экструдатов. На
рис. 1 приведены типичные зависимости
усредненных по сечению образца значе-
ний микротвердости от величины экви-
валентной деформации )(eHµ для ис-
следованных полимеров, полученных
при температурах экструзии Tэ = 80°C
(ПЭНП, ПЭВП) и 200°C (ПА-6). Кривые
имеют экстремальный вид с максиму-
мом, вершина которого соответствует
первому циклу деформирования. Такое
же поведение µH установлено и для
других Tэ. Распределение Hµ по сечению
экструдатов при первом цикле деформа-
ции неоднородное, микротвердость мо-
нотонно увеличивается по направлению
от центра к краю образца (рис. 2). Мно-
гократное циклирование, уменьшая средние значения Hµ, одновременно из-
меняет и характер ее распределения. С ростом числа циклов происходит ин-
версия в поведении Hµ: ее значения у края изделия становятся меньшими,
чем в центре. При этом величина Hµ в центральной части заготовки при ее
многократном деформировании не изменяется. Измерения распределения Hµ
на продольном сечении экструдата в направлении от центра к краю образца
(перпендикулярно оси цилиндра) показали аналогичный результат.
Данные рентгеноструктурных исследований свидетельствуют о перестрой-
ке кристаллической структуры, вызываемой процессом РКМУЭ. На это ука-
зывают изменения в интегральных интенсивностях I дифракционных макси-
мумов. В качестве примера на рис. 3 приведены спектры ШУРР, полученные
1 3 5 7
60
70
1
2
3
r, mmCentre Edge
H
,
M
Pa
µ
25
35
45
70
80
90
1 3. 2 6. 3 9.
е
H
,
M
Pa
µ
1
2
3
Рис. 1. Зависимости среднего зна-
чения микротвердости от величины
эквивалентной деформации для
ПЭНП (1), ПЭВП (2), ПА-6 (3)
Рис. 2. Распределение
микротвердости по се-
чению образца ПА-6
после первого (1), вто-
рого (2), третьего (3)
циклов РКМУЭ
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
110
для ПЭВП. Накопление пластической
деформации приводит к уменьшению
интенсивностей (110) и (200) макси-
мумов, соответствующих орторомби-
ческой решетке, и интенсивности
(010), соответствующей моноклинной
решетке. По сравнению с исходным
образцом I110 уменьшается в 1.1 раза
при первом и в 1.2 раза при втором
цикле деформирования. Для I200 это
уменьшение составляет 1.4 и 1.5 раз, а
интенсивность I010 уменьшается соот-
ветственно в 1.1 и 1.2 раза.
Данные оптической микроскопии по-
казывают, что РКМУЭ обусловливает
формирование ориентированных надмо-
лекулярных образований, по-видимому,
представляющих собой пакеты ламелей.
Приведенные результаты позволяют
считать, что РКМУЭ является эффек-
тивным методом структурной модифи-
кации аморфно-кристаллических поли-
меров, способным повышать их прочностные характеристики. Образцы, полу-
ченные методом РКМУЭ, в отличие от РКУЭ имеют неискаженную форму.
Максимальное упрочнение наблюдается при первом цикле деформирования. Ус-
тановленная закономерность существенно отличается от того, что наблюдается
для металлических материалов. Для них предпочтительным является накоп-
ление больших деформаций в результате многократного циклирования [3].
1. В.А. Жорин, М.Р. Киселев, В.И. Ролдугин, А.П. Тихонов, ДАН 378, 64 (2001).
2. H.-J. Sue, С.К.-Y. Li, J. Mater. Sci. Lett. 17, 853 (1998).
3. В.Н. Варюхин, Н.И. Матросов, Э.А. Медведская, Л.Ф. Сенникова, А.Б. Дугадко,
А.В. Спусканюк, ФТВД 13, № 1, 48 (2003).
4. F.J. Balta Calleja, Structure development during polymer processing, Kluwer Aca-
demic Publishers, Dordrecht (2000).
V.A. Beloshenko, V.N. Varyukhin, Yu.V. Voznyak
MODIFICATION OF CRYSTALLIZING POLYMERS
BY THE EQUAL-CHANNEL MULTIPLE ANGULAR EXTRUSION
Potentialities of the equal-channel multiple angular extrusion (ECMAE) for structural
modification of crystallizing polymers have been investigated on the example of low-density
2θ, grad
24 30
(110)
(200)
I
18
(010)
1
2
3
Рис. 3. Дифрактограммы исходного (1)
и деформированных образцов ПЭВП
после первого (2) и второго (3) циклов
РКМУЭ
Физика и техника высоких давлений 2005, том 15, № 1
111
polyethylene (LDPE), high-density polyethylene (HDPE) and polyamide-6 (PA-6). It is
shown that deformation of polymeric billets by the mentioned method results in typical
changes in spectra of the large-angle X-ray scattering and in the behavior of microhard-
ness as a result of crystal structure rearrangements.
Fig. 1. Dependences of the average value of microhardness on amount of equivalent de-
formation for LDPE (1), HDPE (2), PA-6 (3)
Fig. 2. Distribution of microhardness in the cross-section of PA-6 sample after the first
(1), second (2) and third (3) cycles of ECMAE
Fig. 3. X-ray diffraction patterns of the initial (1) and deformed HDPE samples after the
first (2) and second (3) cycles of ECMAE
|