Ориентация полимеров - особенность высокомолекулярных соединений

ВВЕДЕНИЕ
Особенность полимеров, такая как резкая анизотропия свойств в продольном и
поперечном направлении, характерна, в первую очередь, для полимеров в
ориентированном состоянии. Ориентированным называют состояние полимеров, при
котором оси макромолекул и надмолекулярных образований преимущественно
располагаются вдоль осей ориентации [1]. Наиболее часто встречающийся вид
ориентации макромолекул – одноосная (например, в волокнах); в кристаллических
плёнках может создаваться плоскостная текстура (двухосная, радиальная).
Ориентированные полимеры широко распространены в природе: волокна хлопка, льна,
шелковые нити, шерсть, сухожилия, мышечная ткань и др. Синтетические
ориентированные полимеры можно получить в процессе их синтеза, например,
полимеризацией в твердой фазе, когда мономер существует в форме монокрисалла,
полимеризацией жидкого полярного мономера в постоянном электрическом поле или
полимеризацией из газовой фазы на ориентированной подложке. В промышленности
ориентацию полимеров проводят путем их одноосного или двухосного растяжения – так
называемой вытяжки. Ориентационная вытяжка заключается в растяжении
неориентированных полимеров. Одноосно ориентированные полимеры, чаще всего
волокна, получают растяжением образцов в одном направлении, при этом увеличивается
длина образца, а поперечные размеры уменьшаются. Двухосная вытяжка применяется при
ориентации пленок. Она может осуществляться в одну стадию путем одновременного
растяжения пленки в двух взаимно перпендикулярных направлениях и в две стадии –
путем растяжения пленки вначале в одном, затем в перпендикулярном направлении [1, 2].
Физический смысл перехода гибкоцепных полимеров в ориентированное состояние
состоит в уменьшении числа возможных конформаций макромолекул и, соответственно,
энтропии системы. Поэтому ориентированное состояние является неравновесным, при
нагревании ориентирование полимера имеет место тенденция к возврату в
неориентированное состояние (усадка) [2].
Исследование ориентации макромолекул осуществляется различными
физическими методами: рентгеновского рассеяния под разными углами, электронной
микроскопии и дифракции, оптической микроскопии, светорассеяния и др. [2]. Еще в
довоенное время были получены важные результаты, позволяющие сформулировать
представления об аморфно-кристаллическом строении ориентированных полимеров и
ввести понятие об упорядоченных (кристаллических) и неупорядоченных (аморфных)
областях. Однако наибольшие успехи в изучении ориентированных полимеров были
достигнуты с введением в практику исследований таких методов, как электронная
микроскопия, рентгеновская дифракция в области малых углов, ИК, ЯМР спектроскопия и
т.д. Самые первые опыты на электронном микроскопе волокон (целлюлозы) позволили
обнаружить их фибриллярное строение