Файл: Трилор, Л. Введение в науку о полимерах.pdf

выделяется одна молекула воды), образуя молекулу по­ лимера из регулярно чередующихся остатков спирта и

91кольцо помещено в центре структуры.

/Это центральное ядро вместе с двумя

примыкающими к нему С—С-связями образует единую жесткую структуру, которая никаким способом не может менять свою конфигурацию. Враща­ тельная подвижность такой цепи сво­ дится только к поворотам вокруг единичных связей С—О и С—С. Как следствие этого цепь лавсана менее

гибка и эластична, чем цепи полиэтилена или найлона. В сочетании с объемностью цепочки эти свойства обус­ ловливают меньшую скорость кристаллизации лавсана в сравнении с полиэтиленом и найлоном.

Из-за относительно низкой скорости кристаллизации расплав лавсана можно охладить, минуя стадию кри­ сталлизации, что невозможно осуществить в случае по­ лиэтилена и найлона (ср. гл. 7). Высокая температура

* Полиэфирное волокно на основе полиэтилентерефталата в раз­ личных странах имеет разные названия: в СССР — лавсан, в Анг­ лии—терилен, во Франции — тергаль, в США — дакрон и т. п.—

Прим. перев.

стеклования аморфного полиэтилентерефталата, равная 80°С, связана, вероятно, с этими же структурными осо­ бенностями цепи. Однако температура плавления лав­

дена на рис. 8.4. Из засыпной воронки полимер в виде гранул или крошки подается в камеру, из которой удален воздух, где он "плавится в результате электронагрева

* Первоначально этот термин был введен потому, что процесс формования волокна аналогичен созданию пауком паутины. В на­ стоящее время этим термином обозначают также процесс скручива­ ния нитей при образовании пряжи,

при определенной температуре, и затем расплав насосом подается на фильеру. Прочность волокна еще сравни­ тельно низка и недостаточна для того, чтобы его можно было подвергнуть вытяжке, после того как оно затвер­ деет. Поэтому, хотя полимер в этом состоянии и имеет форму волокна, молекулярная ориентация у него от­ сутствует.

5. ВЫТЯЖКА И ОБРАЗОВАНИЕ «ШЕЙКИ»

Невытянутое волокно можно растянуть в длину в несколько раз, если приложить достаточную силу. Такое растяжение, однако, не упруго и не обратимо, как в слу­ чае вулканизованного каучука; после прекращения дей­ ствия силы волокно не возвращается к своей первона­ чальной длине.

Точка Деформация,% образования

„шейки"

Рис. 8.5. Зависимость силы от растяжения в неориентированном образце кристаллического полимера.

Кривая зависимости между растяжением и приложен­ ной силой имеет вид, представленный на рис. 8.5. Уча­ сток кривой, соответствующий растяжению на 10% ли­ неен, а деформация в этом интервале более или менее обратима. Далее напряжение достигает максимума, а затем начинает слегка снижаться. Растяжение, соответ­ ствующее максимальному напряжению, называется точ­ кой образования «шейки», а соответствующее напряже-

части непрерывно возрастает, не затрагивая при этом состояния уже растянутых областей. Этим объясняется постоянная прочность материала в продолжении всего процесса растяжения.

Рис. 8.7. Непрерывная вытяжка нити.

1000

вооЬ

I воо\-

1"

400Y-

5

200\-

Рис. 8.8. Типичные кривые напряжение — деформация для нити из найлона высокой (а) и средней (б) прочности (Холл, 1954).

В основном таков же и промышленный процесс вы­ тяжки волокна, только вытягивают непрерывную нить, пропуская ее через две пары валков (рис. 8.7). Первая пара валков А вращается с большей скоростью, чем вто-

она все еще занимает доминирующее место в промыш­ ленности волокон.

Как уже упоминалось в гл. 1, целлюлоза занимает важное место и в биологической сфере, являясь почти универсальным и основным компонентом растительной ткани. Не удивительно, что, будучи одной из первых среди полимеров в химической промышленности, целлю­ лоза подвергалась более интенсивному и всестороннему изучению со всех точек зрения — химической, физиче­ ской и биологической, чем любой другой волокнообразующий полимер. Такое подробное исследование было необходимо еще и потому, что строение молекул целлю­ лозы гораздо сложнее по сравнению с обычными синте­ тическими волокнами, да и способность целлюлозы к хи­ мическим реакциям тоже довольно сложна.

7. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА Ц Е Л Л Ю Л О З Ы

Цепь целлюлозы по своему строению близка к од­ ному из простейших Сахаров—глюкозе, имеющей формулу СбНігОбМолекула глюкозы имеет форму кольца, со­ держащего пять атомов углерода и один атом кисло­ рода, к которым присоединены различные группы ато­ мов. Кольцо глюкозы не плоское (подобно кольцу бензола), а изогнутое, как это показано на рис. 8.9,а. Молекула целлюлозы — это соединенные через гидроксильные группы кольца глюкозы, причем каждый акт соединения сопровождается выделением одной молекулы воды. Поэтому структурное звено в молекуле целлюло­ зы называют ангидроглюкозой (т. е. глюкоза без воды) (рис. 8.9,6). Скелетное изображение цепи показано на рис. 8.10. Видно, что последовательно расположенные звенья ангидроглюкозы не занимают геометрически эк­ вивалентные положения, а повернуты вокруг оси цепи по отношению друг к другу на 180°. Таким образом, хотя химически повторяющееся звено целлюлозы — это одно кольцо, в геометрическом или структурном отношении она содержит два типа повторяющихся звеньев ангид­ роглюкозы.

Важное влияние на свойства молекулы целлюлозы оказывают три ОН-группы, присоединенные к каждому