Статья: Структурно-механические характеристики смесей полиуретан - жидкий кристалл, подвергнутых радиационному облучению
Для исходного полиуретанового компонента, применяемого при приготовлении исследуемых смесей, кривая напряжение - деформация имеет вид, типичный для высокоэластичных полимерных систем: для нее характерен низкий модуль упругости и высокое относительное удлинение до разрыва (рис.5).
Форма деформационной кривой необлученной смеси мало. отличается от таковой для исходного полиуретана (рис.5). Можно отметить некоторое понижение прочности на разрыв, вызванное наличием микронеоднородных включений жидкого кристалла в полиуретановой матрице.
Рис.5. Кривые напряжение - деформация в обычных координатах (а) и в координатах уравнения (1) (б). Штриховая линия - для чистого полиуретана.
После облучения образцов характер деформационных зависимостей существенно изменяется до доз в 20 Мрад значительно увеличивается, модуль упругости при сохранении высокого относительного удлинения, а при более высоких дозах прочность и эластичность образцов значительно уменьшаются (рис.5).
Поскольку (согласно данным рентгенографии) все исследуемые системы аморфны и характеризуются наличием трехмерной макрорешетки, прш анализе механических данных можно воспользоваться классическим уравнением высокоэластичности, применимым к сетчатым системам [12]
где G - модуль высокоэластичности, K=l/k - относительное удлинение.
Как видно, полученные зависимости хорошо аппроксимируются прямыми линиями до А<3, а при больших К наблюдается отклонение от зависимости (1). Следовательно, можно считать, что до А <3 справедливо принятое нами приближение (1). Величину G, получаемую из уравнения (1), можно использовать для расчета плотности сшивок [12,13]
где р - плотность образца, R - газовая постоянная, Т - абсолютная температура, Ма - средняя ММ между узлами сетки.
Зависимость расстояний между узлами сетки Мс от дозы облучения имеет явно немонотонный характер: при увеличении дозы до 20 Мрад Мс значительно уменьшается, что соответствует увеличению радиационных, сшивок, а при больших дозах облучения несколько возрастает (рис.3).
Увеличение прочности и модуля упругости образцов при увеличении дозы облучения естественно объясняется в рамках структурных перестроек, предложенных на основании данных рентгенографии. Увеличение прочности характеристик обусловлено появлением дополнительной сетки микрообластей с повышенной концентрацией радиационных сшивок. Максимум прочностных характеристик достигается при максимальном числе таких микрообластей (максимальной контрастности гетерогенной структуры). Минимальное расстояние между доменами в макрорешетке, полученное из малоугловых рентгенограмм, достигается при дозах облучения, соответствующих минимальному расстоянию между узлами сетки Ме , получаемому из результатов механических испытаний.
Таким образом, на основании изложенного выше можно сделать следующие выводы о микроструктуре исследуемых смесей.
В процессе формирования смеси происходит практически полное фазовое разделение низкомолекулярного и высокомолекулярного компонентов с образованием микрообластей включения жидкого кристалла размерами ~ 10 мкм. Жидкий кристалл в пределах микрообластей включения и полиуретановая матрица практически сохраняют структуру и свойства чистых компонентов.
Под действием облучения изменяются цветотемпературные характеристики жидкого кристалла и формируется дополнительная микродоменная структура в полиуретановой матрице, образуемая микрообластями с повышенной концентрацией радиационных сшивок. Последнее приводит, в свою очередь, к улучшению механических характеристик смесей. Наилучшие прочностные характеристики наблюдаются в образцах с максимальной гетерогенностью микроструктуры и минимальными расстояниями между узлами макрорешетки, достигаемыми при 20 Мрад. Увеличение дозы облучения более 20 Мрад приводит к ухудшению механических характеристик и увеличению дефектности микродоменной структуры.
Литература
1. Липатов Ю.С., Шилов В.В., Гомза Ю.П. Докл. АН СССР, 1981, т.258, № 4, с.938.
2. Липатов Ю. С, Цукрук В.В., Шевченко В.В., Шилов В.В., Тищенко В.Г. Докл. АН УССР. Б, 1983, № 3, с.52.
3. Шевчук С.В., Махотило А.Г., Тищенко В.Г. В кн.: Холестерические жидкие кристаллы. Новосибирск: Наука, 1976, с.67.
4. Генералова Э.В., Сонин А. С, Фрейдзон Я. С, Шибаев В.П., Шибаев И.Н. Высо-комолек. соед. А, 1983, т.25, № 11, с.2274.
5. Жаркова Г.М. В кн.: Свойства и применение жидкокристаллических термоиндикаторов. Новосибирск: Наука, 1980, с.3.
6. Сонин А. С, Шибаев И.Н. Журн. физ. химии, 1980, т.54, № 12, с.3109.
7. Липатов Ю.С., Шилов В.В., Гомза Ю.П., Коверник Г.П., Шевчук С.В., Онищенко Л.Е., Тищенко В.Г. В кн.: Тез. докл. V конф. соц. стран по жидким кристаллам. Одесса, 1983, т.2, ч.2, с.96.
8. Ungar G.J. Mater. Sci., 1981, v.16, № 10, p.2635.
9. Шевченко В.В., Цукрук В.В., Шилов В.В., Клименко Н. С, Васильевская Г.А., Липатов Ю.С. В кн.: Тез. докл. V конф. соц. стран по жидким кристаллам. Одесса, 1983, т.2, ч.2, с.6.
10. Цукрук В.В., Шилов В.В., Близнюк В.Н., Шевченко В.В., Рачков В.И., Липатов Ю.С. В кн.: Композиционные полимерные материалы. Киев: Наук, думка, 1984, № 22, с.54.
11. Липатов В.С., Шилов В.В., Гомза Ю.П., Кругляк Н.Е. Рентгенографические методы изучения полимерных систем. Киев: Наук, думка, 1982.
12. Треолар Л. Физика упругости каучуков. М.: Изд-во иностр. лит., 1953.
13. Joseph Е., Wilkes G., Park К. J. Appl. Polymer Sci., 1981, v.26, № 10, p.3355.