Особливості наноструктурної організації, властивості та релаксаційна поведінка зварних з’єднань поліетиленів

В роботі проведено комплексне дослідження структури, її релаксаційної поведінки, теплофізичних і термомеханічних властивостей зварних з’єднань поліетиленів ПE-80/ПE-100, одержаних традиційною методою зварювання пластмас нагрітим інструментом у стик. Результати досліджень підтверджують, що в процесі...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Date:	2017
Main Authors:	Демченко, В.Л., Юрженко, М.В.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2017
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133496
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Особливості наноструктурної організації, властивості та релаксаційна поведінка зварних з’єднань поліетиленів / В.Л. Демченко, М.В. Юрженко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2017. — Т. 15, № 3. — С. 535-546. — Бібліогр.: 17 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860250730770726912
author	Демченко, В.Л. Юрженко, М.В.
author_facet	Демченко, В.Л. Юрженко, М.В.
citation_txt	Особливості наноструктурної організації, властивості та релаксаційна поведінка зварних з’єднань поліетиленів / В.Л. Демченко, М.В. Юрженко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2017. — Т. 15, № 3. — С. 535-546. — Бібліогр.: 17 назв. — укр.
collection	DSpace DC
container_title	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
description	В роботі проведено комплексне дослідження структури, її релаксаційної поведінки, теплофізичних і термомеханічних властивостей зварних з’єднань поліетиленів ПE-80/ПE-100, одержаних традиційною методою зварювання пластмас нагрітим інструментом у стик. Результати досліджень підтверджують, що в процесі зварювання двох різнотипних поліетиленів формується зварне з’єднання, структура якого зазнає рекристалізації кристалічної фази полімерів під час зварювання. З часом у зварному з’єднанні відбувається релаксація кристалічної структури — перехід кристалічної модифікації α-форми до змішаної αβ-форми, що проявляється у їхніх властивостях. В работе проведено комплексное исследование структуры, её релаксационного поведения, теплофизических и термомеханических свойств сварных соединений полиэтиленов ПЭ-80/ПЭ-100, полученных традиционным методом сварки пластмасс нагретым инструментом встык. Результаты исследований подтверждают, что в процессе сварки двух разнотипных полиэтиленов формируется сварное соединение, структура которого подвергается рекристаллизации кристаллической фазы полимеров во время сварки. Со временем в сварном соединении происходит релаксация кристаллической структуры — переход кристаллической модификации α-формы к смешанной αβ-форме, что проявляется на их свойствах. The paper is concerned with a complex studies of structure, its relaxation behaviour, thermal and thermomechanical properties of the welded joints of the PE-80/PE-100 polyethylenes formed by conventional heated-tool butt-welding method. The results of investigations confirm that the welded joint, in which structure recrystallization of crystalline phase of polymers undergoes, is formed during the process of welding of two different polyethylene types. With time, the relaxation of the crystalline structure, namely, transition of crystalline modification from the α-form to the mixed αβ-form, occurs that is manifested in their properties.
first_indexed	2025-12-07T18:42:50Z
format	Article
fulltext	535 PACS numbers: 06.60.Vz, 61.05.cf, 61.05.cp, 81.05.Qk, 81.07.Nb, 81.20.Vj, 81.70.Pg Особливості наноструктурної організації, властивості та релаксаційна поведінка зварних з’єднань поліетиленів В. Л. Демченко, М. В. Юрженко Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, вул. Казимира Малевича, 11, 03150 Київ, Україна В роботі проведено комплексне дослідження структури, її релаксацій- ної поведінки, теплофізичних і термомеханічних властивостей зварних з’єднань поліетиленів ПE-80/ПE-100, одержаних традиційною методою зварювання пластмас нагрітим інструментом у стик. Результати дослі- джень підтверджують, що в процесі зварювання двох різнотипних по- ліетиленів формується зварне з’єднання, структура якого зазнає рекри- сталізації кристалічної фази полімерів під час зварювання. З часом у зварному з’єднанні відбувається релаксація кристалічної структури — перехід кристалічної модифікації -форми до змішаної -форми, що проявляється у їхніх властивостях. The paper is concerned with a complex studies of structure, its relaxation behaviour, thermal and thermomechanical properties of the welded joints of the PE-80/PE-100 polyethylenes formed by conventional heated-tool butt-welding method. The results of investigations confirm that the weld- ed joint, in which structure recrystallization of crystalline phase of poly- mers undergoes, is formed during the process of welding of two different polyethylene types. With time, the relaxation of the crystalline structure, namely, transition of crystalline modification from the -form to the mixed -form, occurs that is manifested in their properties. В работе проведено комплексное исследование структуры, её релакса- ционного поведения, теплофизических и термомеханических свойств сварных соединений полиэтиленов ПЭ-80/ПЭ-100, полученных тради- ционным методом сварки пластмасс нагретым инструментом встык. Результаты исследований подтверждают, что в процессе сварки двух разнотипных полиэтиленов формируется сварное соединение, структура которого подвергается рекристаллизации кристаллической фазы поли- меров во время сварки. Со временем в сварном соединении происходит релаксация кристаллической структуры — переход кристаллической модификации -формы к смешанной -форме, что проявляется на их Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii 2017, т. 15, № 3, сс. 535–546  2017 ІМÔ (Інститут металофізики ім. Ã. В. Êурдюмова ÍÀÍ Óкраїни) Íадруковано в Óкраїні. Ôотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 536 В. Л. ДЕМЧЕÍÊО, М. В. ЮРЖЕÍÊО свойствах. Ключові слова: поліетилен, ПE-80, ПE-100, зварювання нагрітим інстру- ментом у стик, зварне з’єднання, релаксація. Key words: polyethylene, PE-80, PE-100, heated-tool butt-welding, welded joint, relaxation. Ключевые слова: полиэтилен, ПЭ-80, ПЭ-100, сварка нагретым ин- струментом встык, сварное соединение, релаксация. (Отримано 24 вересня 2017 р.) 1. ВСТУП Проґрес у сучасному полімерному матеріялознавстві зумовив стрімке поширення термопластичних полімерів у різних галузях промисловости: будівельній, хемічній, медичній, радіотехнічній і електронній, харчовій тощо [1–6]. Процес зварювання термопластичних полімерів полягає в ак- тивації поверхонь поєднуваних деталів. Залежно від способу зва- рювання ці поверхні або відразу перебувають у контакті (зварю- вання струмом високої частоти або надвисокими частотами), або приводяться в контакт після активації (зварювання нагрітим ін- струментом, газом, ІЧ-випроміненням тощо) чи одночасно з ак- тивацією (зварювання тертям, ÓЗ-зварювання) [7]. Ó процесі утворення зварних з’єднань (при охолодженні) від- бувається формування надмолекулярних структур у зварному з’єднанні, а також розвиток полів власних напружень та їх рела- ксація [8]. Ці конкурувальні процеси визначають кінцеві власти- вості зварного з’єднання. Технологічне завдання зварювання полягає в тому, щоб мак- симально наблизити зварне з’єднання за властивостями до вихід- ного — основного матеріялу. Під час формування зварного з’єднання з термопластичних по- лімерів відбувається ціла низка фізико-хемічних перетворень по- лімерів: змінюється плинність розтопу, відбувається орієнтаційна кристалізація, перекристалізація, рекристалізація та навіть час- ткова деструкція, внаслідок чого формується неоднорідна струк- тура зварного з’єднання [9]. Ó зв’язку з цим у даній роботі ставилося за мету здійснити комплексне дослідження релаксаційної поведінки структури та властивостей зварних з’єднань технічних поліетиленів різних марок методами широко- та малокутового розсіяння Рентґенових променів, термоґравіметричної та термомеханічної аналіз. ОСОБЛИВОСТІ ОРÃÀÍІЗÀЦІЇ, ВЛÀСТИВОСТІ ТÀ ПОВЕДІÍÊÀ ЗВÀРÍИХ З’ЄДÍÀÍЬ 537 2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА Для виконання зварювальних робіт і дослідження структури, те- плофізичних, термомеханічних та експлуатаційних властивостей зварних з’єднань використовували поліетиленові труби, виготов- лені з двох марок технічного поліетилену високої густини (ПЕВÃ) з різною мінімальною тривалою міцністю за 50 років при 20С (МДМ), а саме ПЕ-80 (ММбімодальна 300000 г/моль, густина 0,953 г/см3, МДМ 8 МПа) і ПЕ-100 (ММбімодальна 300000 г/моль, густина 0,960 г/см3, МДМ 10 МПа), згідно з ДСТÓ Б В.2.7-73. Експериментальне зварювання труб із зовнішнім діяметром у 63 мм та товщиною стінки у 6 мм здійснювали традиційним спо- собом «у стик» за допомогою нагрітого до 200C інструменту за тиску осадження 0,2 МПа протягом 60 c. Технологічна пауза — 3 с. Час охолодження під тиском становив 6 хв. Використовували промислову установку для зварювання нагрітим інструментом у стик СÀТ-1 виробництва дослідного заводу зварювального облад- нання Інституту електрозварювання ім. Є. О. Патона ÍÀÍ Óкра- їни. Íа рисунку 1 наведено фотографію зварного з’єднання труб, виготовлених із ПЕ-80 та ПЕ-100. Особливості аморфної й аморфно-кристалічної структури полі- етиленів марок ПЕ-80 і ПЕ-100 та зварного з’єднання на їх осно- ві ПЕ-80/ПЕ-100 (рис. 2) вивчали методою ширококутової рент- Рис. 1. Зварне з’єднання поліетиленових труб із різнотипних поліетиле- нів ПЕ-80 та ПЕ-100.1 Рис. 2. Модель зварного з’єднання поліетиленових труб із різнотипних поліетиленів ПЕ-80 та ПЕ-100.2 538 В. Л. ДЕМЧЕÍÊО, М. В. ЮРЖЕÍÊО ґенівської дифракції на дифрактометрі ДРОÍ-4-07, рентґенооп- тична схема якого виконана «на проходження» первинного пучка випромінення крізь досліджуваний зразок. Ãетерогенну структуру (на нанорозмірному рівні) зазначених полімерних систем досліджували методою малокутового розсіян- ня Рентґенових променів за допомогою камери ÊРМ-1, оснащеної щілинним коліматором первинного пучка випромінення, викона- ним за методою Êраткі. Ãеометричні параметри камери задово- льняють умові нескінченної висоти первинного пучка [10]. Про- філі інтенсивности нормували на величину об’єму розсіяння Рен- тґенових променів і фактор послаблення первинного пучка дослі- джуваним зразком. Всі рентґеноструктурні дослідження проводили в CuK-випро- міненні, монохроматизованому Ni-фільтром, при Т 202С. Зразки зварного з’єднання завтовшки 1 мм для вивчення стру- ктури вирізали, як показано на рис. 2 (модельний об’єкт). Одер- жані таким чином матеріяли досліджували у вигляді як пластин (зразок ПЕ-80/ПЕ-100), так і дрібних шматочків розміром 11 мм (зразок ПЕ-80/ПЕ-100 — рандомізований). Структурну орга- нізацію вихідних поліетиленів марок ПЕ-80 та ПЕ-100 вивчали в різних напрямках; при цьому були одержані ідентичні дифракто- грами. Термічну стабільність і термоокиснювальну деструкцію полі- мерних систем вивчали за допомогою приладу TGA Q50 виробни- цтва компанії TA Instruments (СШÀ) в атмосфері сухого повітря в температурному діяпазоні від 30 до 700С з лінійною швидкіс- тю нагрівання у 20С/хв. Термомеханічну поведінку та деформаційні характеристики полімерних систем визначали за допомогою приладу TMA Q400 EM виробництва компанії TA Instruments (СШÀ) в атмосфері су- хого повітря в режимі температурної модуляції 5С зі швидкістю нагрівання у 10С/хв у температурному діяпазоні від 30 до 250С. Вимірювання проводили у режимі термічного розширен- ня. Використовували індентор циліндричної форми діяметром у 2,80,01 мм. Встановлене навантаження на зразок (10–1 МПа). 3. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ Àналіза експериментальних дифракційних кривих окремих полі- етиленів ПЕ-80 та ПЕ-100 та зварного з’єднання на їх основі (ПЕ- 80/ПЕ-100) показала, що при зварюванні різнотипних поліетиле- нів утворюється зварне з’єднання, яке характеризується тексту- ризацією кристалічної фази (рис. 3). Íа нашу думку, при цьому відбувається топлення кристалітів і їх рекристалізація з одноча- сною орієнтацією. Íа це вказує збільшення інтенсивности диф- ОСОБЛИВОСТІ ОРÃÀÍІЗÀЦІЇ, ВЛÀСТИВОСТІ ТÀ ПОВЕДІÍÊÀ ЗВÀРÍИХ З’ЄДÍÀÍЬ 539 ракційного максимуму (200), кутове положення (2m) якого на дифрактограмах становить 23,6, а також зменшення інтенсивно- сти дифракційного максимуму (110), кутове положення якого на дифрактограмах становить 21,2. Ôоторентґенограми даних зраз- ків наведено на рис. 3 [11]. Àналіза експериментальної ширококутової рентґенівської диф- рактограми зразка зварного з’єднання ПЕ-80/ПЕ-100 показала, що він має аморфно-кристалічну структуру; на це вказує присут- ність дифракційних максимумів при 2max21,2, 23,6, 29,7 і 36,7 на фоні уявного аморфного гало з вершиною при 2max21,0(рис. 3). Для більш детальної аналізи структурної організації зварного з’єднання (ПЕ-80/ПЕ-100) порівнювали його експериментальну рентґенівську дифрактограму з теоретичною (розрахунковою) ди- фрактограмою механічних сумішей зразків ПЕ-80 і ПЕ-100 (за відсутности між ними взаємодії). Обчислення виконували в при- пущенні адитивних внесків компонентів (обох марок поліетиле- нів) у дифракційну картину: Iадw1I1w2I2, де I1, I2 — інтенсивність ширококутового розсіяння Рентґенових Рис. 3. Ширококутові рентґенівські дифрактограми ПЕ-80, ПЕ-100 та їх зварних з’єднань ПЕ-80/ПЕ-100 (експериментальна крива), ПЕ-80/ПЕ- 100 (рандомізований), ПЕ-80/ПЕ-100 (теоретична крива).3 540 В. Л. ДЕМЧЕÍÊО, М. В. ЮРЖЕÍÊО променів зразків ПЕ-80 і ПЕ-100; w1, w2 — масові частки компо- нентів у системі (w1w11). З порівняння експериментальної та розрахункової рентґенівських дифрактограм зварних з’єднань видно, що спостерігається прояв неадитивної зміни експеримен- тальної дифракційної кривої порівняно з теоретичною (рис. 3). Цей результат є важливим, оскільки свідчить про наявність у зварному з’єднанні ПЕ-80/ПЕ-100 взаємодії між макромолекула- ми поліетиленів обох марок. Àналіза ширококутових рентґенівських дифрактограм зварно- го з’єднання, одержаного відразу після зварювання та через один рік, показала, що з часом відбувається релаксація кристалічної структури матеріялу (рис. 4). При цьому кристалічна модифіка- ція -форми переходить у змішану -форму. Íа це вказує прояв на дифрактограмі останнього трьох дифракційних максимумів при 2m21,50, 23,17, 23,90, які характеризують орторомбіч- ну та моноклінну кристалічні системи поліетиленів (криві 1, 2) [12]. Оцінка відносного рівня кристалічности (Хкр) досліджуваних полімерних систем за Метьюзовою методою [13]: Xкр = Qкр(Qкр+Qам) –1100, де Qкр — площа дифракційних максимумів, які характеризують Рис. 4. Ширококутові рентґенівські дифрактограми зварних з’єднань ПЕ-80/ПЕ-100, одержаних після зварювання (1) та через 1 рік після зварювання (2).4 ОСОБЛИВОСТІ ОРÃÀÍІЗÀЦІЇ, ВЛÀСТИВОСТІ ТÀ ПОВЕДІÍÊÀ ЗВÀРÍИХ З’ЄДÍÀÍЬ 541 кристалічну структуру полімеру; QкрQам — площа всієї дифрак- тограми в інтервалі кутів розсіяння (21–22), в якому проявля- ється аморфно-кристалічна структура полімеру, показала, що для рандомізованого зразка зварного з’єднання кристалічність протягом року практично не змінюється (табл. 1). Оцінка ефективного розміру кристалітів (L) полімерних сис- тем, проведена за Шерреровою методом [14]: L K(cosмакс) 1, де K — стала, пов’язана з формою кристалітів (при невідомій їх формі K0,9), а  — кутова напівширина (ширина на половині висоти) дифракційного максимуму, показала, що середнє значен- ня L 7,2 нм для ПЕ-80 і ПЕ-100 та 7,1 та 7,6 нм для зразків зварних з’єднань (ПЕ-80/ПЕ-100 — рандомізований) та (ПЕ- 80/ПЕ-100) відповідно. Для зварних з’єднань (ПE-80/ПE-100 — рандомізований), досліджених через рік, L становить 7,1 нм (для обчислень використовували дифракційні максимуми при 2max21,2 і 23,6). Встановлені значення розмірів кристалітів за окремими дифракційними максимумами для кожного зразка на- ведено в табл. 1. Виявлені особливості аморфно-кристалічної структури окремих ТАБЛИЦЯ 1. Структурні характеристики індивідуальних поліетиленів ПЕ-80 та ПЕ-100 та їх зварного з’єднання ПЕ-80/ПЕ-100.5 Зразок Ступінь кристалічности (ДСÊ), % Ступінь кристалічности (ШÊРРП), % Розмір кристалітів L (2max21,2), нм Розмір кристалітів L (2max23,6), нм ПE-80 42 56 7,2 7,2 ПE-100 51 57 7,2 7,2 Зварне з’єднання ПE-80/ПE-100 53 — 7,2* 8,0* Зварне з’єднання ПE-80/ПE-100 (рандомізований) — 56 7,1 7,1 Зварне з’єднання ПE-80/ПE-100 (через 1 рік) — — — — Зварне з’єднання ПE-80/ПE-100 (через 1 рік, рандомізований) — 56 7,1 7,1 Примітка: * Розмір кристалітів зварного з’єднання, структуру якого досліджували у на- прямку, вказаному на модельному об’єкті (рис. 2) за даними ШÊРРП. 542 В. Л. ДЕМЧЕÍÊО, М. В. ЮРЖЕÍÊО поліетиленів ПЕ-80 та ПЕ-100 та зварного з’єднання на їх основі ПЕ-80/ПЕ-100 були підставою для дослідження гетерогенного стану їх структури. При аналізі профілів малокутового розсіяння Рентґенових променів зразками поліетиленів марок ПЕ-80, ПЕ-100 та їх звар- ного з’єднання ПЕ-80/ПЕ-100, представлених у вигляді графіків як залежності Ĩ від q (рис. 5), так і s3Ĩ від s3, згідно з роботами [15, 16], де Ĩ — інтенсивність розсіяння без внесення колімацій- ної поправки, а q(4/)sin2s, встановлено, що всі вони ха- рактеризуються гетерогенною структурою, тобто наявністю в їх- ньому об’ємі контрасту електронної густини  (, де ,  — локальне та середнє значення електронної густини). Це означає, що в їхньому об’ємі присутні не менше двох типів обла- стей гетерогенности з різною величиною локальної електронної густини . Інтерференційний максимум у вигляді «плеча», який характе- ризує періодичність розміщення в просторі (в об’ємі полімеру) однотипних за густиною областей гетерогенности (кристалітів і аморфних областей), зафіксовано на профілях інтенсивности зра- зків ПЕ-80, ПЕ-100 та зварного з’єднання ПЕ-80/ПЕ-100 (рис. 5). Середня величина періоду D чергування в об’ємі полімеру одно- типних за величиною густини областей гетерогенности (відстань між найближчими центрами однотипних областей гетерогеннос- ти), згідно з Бреґґовим рівнянням з урахуванням «закону сину- са» для малих кутів (2sinsin22) [13]: Рис. 5. Профілі інтенсивности малокутового розсіяння зразків ПЕ-80, ПЕ-100 та їх зварного з’єднання ПЕ-80/ПЕ-100, одержаного після зва- рювання та через 1 рік після зварювання.6 ОСОБЛИВОСТІ ОРÃÀÍІЗÀЦІЇ, ВЛÀСТИВОСТІ ТÀ ПОВЕДІÍÊÀ ЗВÀРÍИХ З’ЄДÍÀÍЬ 543 D/2m, для зварного з’єднання становить 27 нм. Ефективний розмір існуючих областей гетерогенности в об’ємі зразків окремих поліетиленів ПЕ-80, ПЕ-100 та їх зварного з’єднання оцінювали шляхом визначення такого структурного параметра як діяпазон гетерогенности lp [15, 16]. Цей параметер безпосередньо пов’язаний із середнім діяметром областей гетеро- генности в двофазовій системі (l1 і l2): lp2l11l2, де 1, 2 — об’ємні частки областей гетерогенности (121). Виявлено, що величина lp у зварному з’єднанні ПЕ-80/ПЕ-100 більша порівняно з окремими поліетиленами (табл. 2). Для напівкількісної оцінки відносного рівня гетерогенности структури досліджуваних полімерних систем порівнювали зна- чення їхнього інваріянту Порода Q [17]: 0 ( ) ,Q qI q dq     величина якого незалежна (інваріянтна) по відношенню до форми областей гетерогенности та безпосередньо пов’язана з середньок- вадратичним значенням флюктуації електронної густини (2) в об’ємі двофазової системи: Q2, де 212(12) 2; при цьому 1, 2 і 1, 2 — об’ємні частки і електронні густини областей гетерогенности (121) у двофа- зовій системі відповідно. З порівняння значень інваріянту Q для досліджуваних полімерних систем (табл. 2), видно, що відносний рівень гетерогенности структури у зварному з’єднанні має про- міжне значення між окремими полімерами ПЕ-80 та ПЕ-100. Проведеними дослідженнями було встановлено, що гетерогенна структура зварного з’єднання ПЕ-80/ПЕ-100 через рік не зазнала ТАБЛИЦЯ 2. Деякі структурні параметри досліджуваних полімерних систем.7 Зразок lp, нм Q, відн. од. D, нм ПЕ-80 16 5,6 27 ПЕ-100 18 7,3 36 ПЕ-80/ПЕ-100 20 6,6 27 544 В. Л. ДЕМЧЕÍÊО, М. В. ЮРЖЕÍÊО змін (рис. 5). Релаксаційні зміни, що відбувалися протягом року у зварному з’єднані ПЕ-80/ПЕ-100, виявлено за результатами термоґравіме- тричної (рис. 6) та термомеханічної (рис. 7) аналіз. а б Рис. 6. Êриві залежности ваги (a) та її першої похідної (б) від темпера- тури зварних з’єднань ПЕ-80/ПЕ-100.8 а б в г Рис. 7. Êриві залежности відносної деформації (а) та її першої похідної (б) від температури, оборотної відносної деформації (в) та необоротньої відносної деформації (г) зварних з’єднань ПЕ-80/ПЕ-100.9 ОСОБЛИВОСТІ ОРÃÀÍІЗÀЦІЇ, ВЛÀСТИВОСТІ ТÀ ПОВЕДІÍÊÀ ЗВÀРÍИХ З’ЄДÍÀÍЬ 545 З термоґравіметричних кривих розраховано температуру тер- моокиснювальної деструкції (Tд) та максимуму інтенсивности термоокиснювальної деструкції (Tд макс.) зварного з’єднання ПЕ- 80/ПЕ-100 вихідного та через рік (табл. 3). Видно, що з часом термостійкість матеріялу зменшується, ймовірно, за рахунок ре- лаксації внутрішніх напружень, які утворюються при зварюванні (рис. 6). Подібною є ситуація і з термомеханічною поведінкою зварних з’єднань. З рисунку 7 видно, що з часом температура початку ін- тенсивної деформації (Tпл) і максимуму інтенсивної деформації (Tпл макс.) зварного з’єднання ПЕ-80/ПЕ-100 знижується (табл. 3), що спричинено релаксацією структури полімеру. 4. ВИСНОВКИ В роботі проведено комплексне дослідження релаксації структу- ри, теплофізичних і термомеханічних властивостей зварних з’єднань поліетиленів ПE-80/ПE-100, одержаних традиційним методою зварювання пластмас нагрітим інструментом у стик. Встановлено, що в процесі зварювання двох різнотипних поліе- тиленів формується зварне з’єднання, структура якого зазнає ре- кристалізації кристалічної фази. Показано, що з часом у зварно- му з’єднанні відбувається релаксація кристалічної структури (перехід кристалічної модифікації -форми до змішаної - форми). Це проявляється у зміні теплофізичних та термомехані- чних властивостей. Виявлено зниження протягом року темпера- тури початку та максимуму інтенсивности термоокиснювальної деструкції і деформації зразків зварного з’єднання. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА–REFERENCES 1. P. I. Yukhnevsky and G. T. Shirokii, Building Materials and Products: Textbook (Minsk: UP «Tekhnoprint»: 2004) (in Russian). 2. A. Galchun, N. Korab, V. Kondratenko, V. Demchenko, A. Shadrin, V. Anistratenko, and M. Iurzhenko, Polimernyi Zhurnal, 37: 242 (2015) (in Ukrainian). ТАБЛИЦЯ 3. Термічні характеристики зварних з’єднань PE-80/PE- 100.10 Зразок Tд, C Tд макс., C Tпл, C Tпл макс., C Зварне з’єднання ПE-80/ПE-100 265 383 115 142 Зварне з’єднання ПE-80/ПE-100 через 1 рік 257 376 108 138 546 В. Л. ДЕМЧЕÍÊО, М. В. ЮРЖЕÍÊО 3. V. D. Alpern, Engineering Networks Made of Polymeric Materials, 2: 5 (2002) (in Russian). 4. V. Ryzhov, Ye. Kalugina, N. Biserova, and Yu. Kazakov, Polimernyye Truby, 34: 56 (2011) (in Russian). 5. M. Gorilovskiy and I. Gvozdev, Polimernyye Truby, 22: 47 (2008) (in Russian). 6. Polymeric Pipes–Ukraine, 29: 18 (2013) (in Russian). 7. V. N. Volchenko, Welding and Weldable Materials (Moscow: Metallurgiya: 1991) (in Russian). 8. S. S. Volkov and B.Ya. Chernyak, Welding of Plastics (Moscow: Khimiya: 1987) (in Russian). 9. A. Galchun, N. Korab, V. Kondratenko, V. Demchenko, A. Shadrin, V. Anistratenko, and M. Iurzhenko, Nanoscale Research Letters, 10: 138 (2015). 10. O. Kratky, I. Pilz, and P. J. Schmitz, J. Colloid Interface Sci., 21, No. 1: 24 (1966). 11. Yu. S. Lipatov, V. V. Shilov, Yu. P. Gomza, and N. E. Kruglyak, Radiographic Methods of Investigations of Polymers (Kiev: Naukova Dumka: 1982) (in Russian). 12. K. E. Russell, B. K. Hunter, and R. D. Heyding, Polymer, 38: 1409 (1997). 13. V. I. Shtompel’ and Yu. Yu. Kercha, Structure of Linear Polyurethanes (Kiev: Naukova Dumka: 2008) (in Russian). 14. A. Guinier, Roentgenography of Crystals. Theory and Practice (Moscow: Fizmatgiz: 1961) (Russian translation). 15. W. Ruland, J. Appl. Cryst., 4, No. 1: 70 (1971). 16. R. Perret and W. Ruland, Kolloid Z.—Z. Polymere, 247: 835 (1971). 17. G. Porod, Small-Angle X-Ray Scattering (London: Academic Press: 1982). E. O. Paton Electric Welding Institute, N.A.S. of Ukraine, 11 Kazimir Malevich Str., 03150 Kyiv, Ukraine 1 Fig. 1. Welded joint of polyethylene pipes types PE-80 and PE-100. 2 Fig. 2. Model of polyethylene pipes types PE-80 and PE-100 welded joint. 3 Fig. 3. Wide-angle x-ray diffractograms patterns of PE-80, PE-100, and of PE-80/PE-100 welded joint (experimental curve), PE-80/PE-100 (randomized), PE-80/PE-100 (theoretical curve). 4 Fig. 4. Wide-angle x-ray diffractograms patterns of PE-80/PE-100 welds, received immedi- ately after the welding process (1), and in one year after the welding (2). 5 TABLE 1. Structural characteristics of PE-80 and PE-100 polyethylene and of PE-80/PE- 100 welded joint. 6 Fig. 5. SAXS intensity profiles for PE-80, PE-100 and PE-80/PE-100 welded specimens, received immediately after the welding process and in one year after the welding. 7 TABLE 2. Some structural parameters of the investigated polymer systems. 8 Fig. 6. Weight (а) and derivate weight on temperature (б) curves of PE-80/PE-100 welded joints. 9 Fig. 7. Related deformation (а) and derivate related deformation (б) on temperature, re- versible related deformation (в) and non-reversible related deformation (г) of PE-80/PE-100 welded joints. 10 TABLE 3. Thermal characteristics of the PE-80/PE-100 welded joint.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-133496
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1816-5230
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T18:42:50Z
publishDate	2017
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
record_format	dspace
spelling	Демченко, В.Л. Юрженко, М.В. 2018-05-29T05:12:47Z 2018-05-29T05:12:47Z 2017 Особливості наноструктурної організації, властивості та релаксаційна поведінка зварних з’єднань поліетиленів / В.Л. Демченко, М.В. Юрженко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2017. — Т. 15, № 3. — С. 535-546. — Бібліогр.: 17 назв. — укр. 1816-5230 PACS: 06.60.Vz, 61.05.cf, 61.05.cp, 81.05.Qk, 81.07.Nb, 81.20.Vj, 81.70.Pg https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133496 В роботі проведено комплексне дослідження структури, її релаксаційної поведінки, теплофізичних і термомеханічних властивостей зварних з’єднань поліетиленів ПE-80/ПE-100, одержаних традиційною методою зварювання пластмас нагрітим інструментом у стик. Результати досліджень підтверджують, що в процесі зварювання двох різнотипних поліетиленів формується зварне з’єднання, структура якого зазнає рекристалізації кристалічної фази полімерів під час зварювання. З часом у зварному з’єднанні відбувається релаксація кристалічної структури — перехід кристалічної модифікації α-форми до змішаної αβ-форми, що проявляється у їхніх властивостях. В работе проведено комплексное исследование структуры, её релаксационного поведения, теплофизических и термомеханических свойств сварных соединений полиэтиленов ПЭ-80/ПЭ-100, полученных традиционным методом сварки пластмасс нагретым инструментом встык. Результаты исследований подтверждают, что в процессе сварки двух разнотипных полиэтиленов формируется сварное соединение, структура которого подвергается рекристаллизации кристаллической фазы полимеров во время сварки. Со временем в сварном соединении происходит релаксация кристаллической структуры — переход кристаллической модификации α-формы к смешанной αβ-форме, что проявляется на их свойствах. The paper is concerned with a complex studies of structure, its relaxation behaviour, thermal and thermomechanical properties of the welded joints of the PE-80/PE-100 polyethylenes formed by conventional heated-tool butt-welding method. The results of investigations confirm that the welded joint, in which structure recrystallization of crystalline phase of polymers undergoes, is formed during the process of welding of two different polyethylene types. With time, the relaxation of the crystalline structure, namely, transition of crystalline modification from the α-form to the mixed αβ-form, occurs that is manifested in their properties. uk Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Особливості наноструктурної організації, властивості та релаксаційна поведінка зварних з’єднань поліетиленів Features of Nanostructural Organization, Properties, and Behaviour of Welded Joints of Polyethylenes Relaxation Article published earlier
spellingShingle	Особливості наноструктурної організації, властивості та релаксаційна поведінка зварних з’єднань поліетиленів Демченко, В.Л. Юрженко, М.В.
title	Особливості наноструктурної організації, властивості та релаксаційна поведінка зварних з’єднань поліетиленів
title_alt	Features of Nanostructural Organization, Properties, and Behaviour of Welded Joints of Polyethylenes Relaxation
title_full	Особливості наноструктурної організації, властивості та релаксаційна поведінка зварних з’єднань поліетиленів
title_fullStr	Особливості наноструктурної організації, властивості та релаксаційна поведінка зварних з’єднань поліетиленів
title_full_unstemmed	Особливості наноструктурної організації, властивості та релаксаційна поведінка зварних з’єднань поліетиленів
title_short	Особливості наноструктурної організації, властивості та релаксаційна поведінка зварних з’єднань поліетиленів
title_sort	особливості наноструктурної організації, властивості та релаксаційна поведінка зварних з’єднань поліетиленів
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133496
work_keys_str_mv	AT demčenkovl osoblivostínanostrukturnoíorganízacíívlastivostítarelaksacíinapovedínkazvarnihzêdnanʹpolíetilenív AT ûrženkomv osoblivostínanostrukturnoíorganízacíívlastivostítarelaksacíinapovedínkazvarnihzêdnanʹpolíetilenív AT demčenkovl featuresofnanostructuralorganizationpropertiesandbehaviourofweldedjointsofpolyethylenesrelaxation AT ûrženkomv featuresofnanostructuralorganizationpropertiesandbehaviourofweldedjointsofpolyethylenesrelaxation

Особливості наноструктурної організації, властивості та релаксаційна поведінка зварних з’єднань поліетиленів

Institution

Similar Items