WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 9 Деформация полиметилметакрилата после воздействия радиации и магнитного поля © Н.Н. Песчанская, А.С. Смолянский, А.В. Рылов Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Филиал научно-исследовательского физико-химического института им. Л.Я. Карпова, 249033 Обнинск, Калужская обл., Россия E-mail: yak@pav.ioffe.rssi.ru (Поступила в Редакцию 27 сентября 2001 г.

В окончательной редакции 7 декабря 2001 г.) Показано, что длительное воздействие постоянного магнитного поля значительно увеличивает скорость ползучести при сжатии образцов из полиметилметакрилата, облученного -излучением дозами до 100 kGy.

При более высоких дозах облучения влияние магнитного поля на скорость деформации незначительно.

В настоящее время полимеры в технических устрой- Погрешность в измерении общей деформации составствах могут подвергаться одновременному воздействию ляла 0.05%. Сравнивались кривые ползучести образцов, полей разной природы. Одним из актуальных и наименеe обработанных и не обработанных магнитным полем.

изученных является вопрос о механических свойствах облученных полимеров. В ряде работ [1,2] рассматри2. Результаты и обсуждение ваются радиационно-химические процессы в полимерах, происходящие под действием облучения и световых, На рис. 1–3 показаны кривые ползучести контрольмагнитных, температурных полей. Сделан вывод, что под ных образцов и образцов, обработанных магнитным действием магнитного поля радиационно-химические полем, при одинаковых дозах облучения. При малых превращения, как правило, усиливаются. Предполагаетдозах ПМП обычно увеличивает скорость деформации ся, что изменения в скорости протекания радикальных (кривые 2), но при дозах более 107 kGy наблюдалось реакций могут вызвать изменения прочностных свойств приближение к контрольной кривой.

полимеров. В [3,4] экспериментально показано, что поРаздельное влияние ПМП и -излучения рассматривастоянное магнитное поле (ПМП) может значительно лось в [3–6]. Было показано, что ускорение ползучести повлиять на деформационные свойства полимеров, но при увеличении дозы связано не только с пластическими причиной изменений скорости ползучести в магнитном сдвигами, но и с развитием крупных полых трещин, поле, как предполагается, является усреднение локальчего обычно не бывает при сжатии необлученных обных магнитных полей. Доказано также и влияние разных разцов из РММА. Резкое уменьшение предела текучедоз облучения на прочность и деформационные характести наблюдалось для доз выше 100 kGy, а увеличение ристики полиметилметакрилата (РММА) [5,6].

разброса в значениях предела текучести имело место В данной работе рассматриваются изменения в деформации РММА, облученного разными дозами -излучения после длительного действия ПМП. Показано, что степень влияния ПМП на скорость ползучести зависит от дозы облучения полимера.

1. Образцы и методика РММА исследовался в режиме одноосного сжатия под действием постоянного напряжения 80 MPa при 300 K. Образцы имели высоту 6 mm и диаметр сечения 3 mm. До механических испытаний образцы помещались в ПМП напряженностью 1600 Oe на 1.5 месяца, затем вакуумировались в ампулах и облучались разными дозами с помощью источника -излучения Co-60 мощностью 0.4 Gy/s. Контрольная партия образцов не находилась в магнитном поле. Образцы нагружались после вскрытия ампул, и измерялась их деформация, развивающаяся Рис. 1. Кривые ползучести РММА, доза 10.5 kGy. H, Oe:

во времени под действием постоянного напряжения. 1 —0, 2 — 1600.

1712 Н.Н. Песчанская, А.С. Смолянский, А.В. Рылов На рис. 4, 5 приведены кривые ползучести для двух серий образцов. Из рис. 4 видно, что деформация за одно и то же время увеличивается по мере роста дозы облучения РММА, но при дозах 205 и 350 kGy наблюдается замедление средней скорости деформации.

То же самое происходит и с РММА, находившимся в магнитном поле (рис. 5), но замедление процесса начинается при меньших дозах и более явно выражено.

На рис. 6 сравниваются времена достижения одинаковой деформации для образцов, облученных разными дозами, и таких же образцов, обработанных магнитным полем (чем меньше время t, тем больше скорость деформации). Из рис. 6 следует, что наибольшее расхождение двух кривых наблюдается при дозах 10.5 и 107 kGy. Аналогичный результат был получен и при Рис. 2. Кривые ползучести РММА, доза 156 kGy. H, Oe:

1 —0, 2 — 1600.

Рис. 4. Кривые ползучести РММА при различных дозах облучения. D, kGy: 1 — 10.5, 2 — 29.2, 3 — 107, 4 — 156, 5 — 205, 6 — 350. Кривые 1 относятся к двум разным образцам.

Рис. 3. Кривые ползучести РММА, доза 350 kGy. H, Oe:

1 —0, 2 — 1600.

при дозах около 25 kGy. Эти эффекты можно объяснить различиями в радикальных реакциях при разных дозах облучения. Магнитное поле также увеличивает скорость ползучести РММА (деформацию за одно и то же время) после длительного времени воздействия — не менее нескольких суток при 300 K [3,4]. Влияние ПМП объяснялось разупорядочиванием структуры (возбуждением макромолекул), характерным для ранних стадий ориентации [3,4].

Сравним влияние облучения и совместного действия -излучения и ПМП на образцы из РММА, обработанные по описанной выше методике. Поскольку РММА после облучения может быть настолько хрупким, что раскалывается при сжатии, в данной работе ползучесть Рис. 5. Кривые ползучести РММА, выдержанного в магнитнаблюдалась до небольших деформаций, при которых ном поле. D, kGy: 1 — 10.5, 2 — 29.2, 3 — 107, 4 — 156, нет макроскопического разрушения. 5 — 205, 6 — 350.

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Деформация полиметилметакрилата после воздействия радиации и магнитного поля тизм присущ всем телам, но детальный его механизм в разных веществах предполагается различным. Для сложных молекул диамагнетизм обусловлен не только прецессией электронов в атомах, но и поляризацией электронных облаков во внешнем магнитном поле и появлением орбитального магнитного момента, ориентированного параллельно ПМП [7]. В теории рассчитываются коэффициенты магнитной восприимчивости для отдельных атомов и молекул.

Поскольку деформация связана с преодолением барьеров межмолекулярных нехимических взаимодействий и обусловлена степенью подвижности молекул [8], ясно, что ПМП влияет на межмолекулярные связи и подвижность участков полимерных цепей. В [3] было показано влияние ПМП на необлученный РММА, которое проявляется в увеличении скорости ползучести и в уменьшении немонотонности скорости. Предполагалось, что ПМП снижает сильные взаимодействия (физические Рис. 6. Зависимости времени достижения деформации 10% от узлы) между соседними молекулами, что и приводит дозы облучения для РММА. H, Oe: 1 —0, 2 — 1600.

к увеличению молекулярной подвижности и ускорению сдвиговых процессов под действием механических напряжений. Известно также, что в ПМП молекулы полидругих деформациях в пределах от 5 до 15%. Большие мера ориентируются; в вязких растворах, как показывадеформации не рассматривались вследствие искажения ют расчеты [9], возможна полная ориентация молекулы.

процесса истинной деформации процессом роста полых В твердых полимерах [4–6] также наблюдается ориентатрещин. Таким образом, длительное действие ПМП на- ция при длительных выдержках в магнитном поле, но пряженностью 1600 Oe при 300 K наиболее явно влияет вследствие больших времен релаксации молекул можно на скорость ползучести РММА, облученного дозами предполагать ориентацию отдельных участков макромо-излучения до 107 kGy. лекулы. Следовательно, ориентационное действие ПМП Поскольку в образцах, облученных дозой выше на полимер аналогично действию механического поля, 107 kGy, начинается интенсивное образование полых что соответствует снижению потенциального барьера трещин, подавляющих процесс истинной деформации, сдвиговых актов и ускорению процесса деформации, можно утверждать, что магнитное поле действует имен- наблюдаемому экспериментально.

но на сдвиговые акты, связанные с межмолекулярным В литературе анализируются изменения в радиацивзаимодействием. Как следует из рис. 6, наибольшее онно-химических реакциях, происходящих под дейстием влияние магнитного поля наблюдается для образцов, ПМП в облученных полимерах. Так, в [2] отмечеоблученных дозами 10.5 и 107 kGy. B [6] было отме- но, что ПМП увеличивает концентрацию парамагнитчено, что 10.5 kGy — доза, выше которой начинает ных центров и стабилизирующихся заряженных частиц изменяться скорость ползучести в результате облучения, при облучении полимеров и в основном усиливает т. е. влияние ПМП при указанной дозе еще не ослож- радиационно-химические превращения. Магнитное понено радиационными процессами. Предполагалось, что ле может также способствовать уменьшению скорости дозы около 25 kGy уменьшают подвижность молекул, рекомбинации радикальных пар. Не исключается, что вызывая, например, реакцию радиационного сшивания, изменения в химических реакциях под действием ПМП поэтому влияние ПМП в этой области доз уменьшается. могут повлиять на прочностные свойства полимеров.

B [1] при 25 kGy также наблюдалась особенность в виде Действительно, деформация и разрушение могут расмаксимума концентрации радикалов. Как отмечалось сматриваться как химические процессы, и в таком ранее, выше дозы 107 kGy влияние ПМП на деформацию случае увеличение скорости деформации (уменьшение подавляется фиктивной деформацией, вызыванной ро- времени на рис. 6) соответствует данным [2].

стом трещин, поэтому скорости ползучести (времена на В настоящее время недостаточно данных для однорис. 6) двух типов образцов сближаются. Несомненно, значной трактовки механизма влияния ПМП на мехачто даже для одного и того же полимера критические нические свойства, но факт изменения деформационных дозы могут изменяться в зависимости от условий об- характеристик и некоторые закономерности установлелучения, термообработки образцов, напряженности и ны [3,4]. Результаты настоящей работы подтверждают и времени действия ПМП, а также от температуры, при дополняют сведения о воздействии ПМП на свойства которой измеряются деформационные характеристики. диамагнитных материалов. Показано, что степень влиОтносительно механизма влияния ПМП на ползу- яния магнитного поля на скорость деформации РММА честь можно лишь строить предположения. Диамагне- зависит от дозы радиации.

12 Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 1714 Н.Н. Песчанская, А.С. Смолянский, А.В. Рылов Список литературы [1] А.С. Смолянский, Л.А. Знаменская, С.С. Жданов, Э.Р. Клиншпонт, В.К. Милинчук. Химия высоких энергий 27, 5, (1993).

[2] В.И. Борисенко, Г.С. Жданов. Химия высоких энергий 27, 5, 69 (1993).

[3] Н.Н. Песчанская, В.Ю. Суровова, П.Н. Якушев. ФТТ 34, 7, 2111 (1992).

[4] Н.Н. Песчанская, П.Н. Якушев. ФТТ 39, 9, 1690 (1997).

[5] Н.Н. Песчанская, А.С. Смолянский, В.Ю. Суровова. Высокомолекуляр. соединения Б34, 12, 3 (1992).

[6] Н.Н. Песчанская, А.С. Смолянский, В.Ю. Суровова. ФТТ 35, 9, 2465 (1993).

[7] Я.Г. Дорфман. Диамагнетизм и химическая связь. М. (1961).

231 с.

[8] В.А. Степанов, Н.Н. Песчанская, В.В. Шпейзман. Прочность и релаксационные явления в твердых телах. Л.

(1984). 245 с.

[9] Ю.П. Родин. Мехаика композит. материалов 3, 490 (1991).

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.