Vliv záření na vlastnosti polymerů - Změna vybraných mechanických vlastností v závislosti na absorbované dávce záření

Abstract

Radiační síťování polymerních materiálů je pojem známý více než půl století a řadí se mezi moderní a přesné modifikace polymerů se silným potenciálem zejména v technické praxi. Interakce ionizujícího záření s polymery může vést ke změně mechanických, tepelných, ale i chemických vlastnosti. Nicméně se ukazuje, že i přes značné úsilí věnované tomuto tématu v posledních 50. letech, provedené experimenty často nezohledňují celou řadu faktorů, které mohou významně ovlivnit výsledek modifikace. Často také chybí ucelený pohled z hlediska velikosti dávky záření, ekonomiky procesu ozařování a návaznosti na využitelnost těchto poznatků v praxi průmyslového ozařování. Tato disertační práce se zabývá studiem vlivu různých dávek ionizačního beta záření na vybrané mechanické vlastnosti komerčně dostupných polyolefinů. Dávky záření byly zvoleny s ohledem na co nejpodrobnější popis změn sledovaných mechanických vlastností, a to v rozsahu dávek záření 15 až 198 kGy. Změny mechanických vlastností jsou reprezentovány zkouškami v tahu a rázové houževnatosti, dále pak zkouškou tvrdosti a sledováním tepelných vlastností při zkoušce DSC a TMA. Poslední část práce se věnuje popisem strukturálních změn zkoumaných materiálů HDPE a LDPE pomocí RTG difrakce. Zkouška vlastností v tahu byla provedená při pokojové a zvýšené teplotě a sledovanými veličinami byly mez pevnosti v tahu, modul pružnosti v tahu a poměrné prodloužení při mezi pevnosti v tahu. Výsledkem studie je zjištění, že modifikace polyetylénů ionizačním zářením má jednoznačný vliv na zkoumané vlastnosti, a to zejména při měření za zvýšené teploty. Nejvýrazněji se modifikace projevila při měření meze pevnosti LDPE při zvýšené teplotě, kdy hodnota meze pevnosti rostla se zvyšující se dávkou záření téměř lineárně. Hodnoty rázové houževnatosti rostly se zvyšující se dávkou záření. Jediný materiál LDPE měřený při snížené teplotě vykázal vyšší hodnoty při nižších dávkách záření, kde při dávkách vyšších než 99 kGy byla hodnota rázové houževnatosti nižší než u neozářeného referenčního materiálu. Termomechanická analýza byla měřená za účelem stanovení tepelné odolnosti neozářených a ozářených materiálů. Bylo zjištěno, že se stoupající se dávkou záření, roste tepelná odolnost obou zkoumaných polymerů, a to vysoko nad teplotu tání základního polymeru. Sledováním tepelných vlivů před a po ozáření zkoumaných materiálů pomocí DSC analýzy bylo zjištěno, že se stoupající dávkou záření klesá trend hodnoty teploty tání a krystalizace. Výsledky rentgenové difrakce jednoznačně potvrdily fakt, že síťování probíhá zejména v amorfních oblastech polymeru.