Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор 10
1.1 Получение, структура и свойства параарамидных волокон и нитей. 10
1.2 Воздействие эксплуатационных факторов на свойства параарамидных волокон и нитей 21
1.2.1 Влияние влаги и жидких сред 22
1.2.2 Воздействие почвенных микроорганизмов 34
1.2.3 Воздействие атмосферных факторов 39
1.3 Применение параарамидных волокон, нитей и материалов на их основе 43
1.4 Выводы из обзора литературы и постановка задач исследования 49
2 Методическая часть 51
2.1 Характеристика объектов исследования 51
2.2 Стандартные методы испытаний 53
2.3 Усовершенствованные методы оценки свойств параарамидных нитей 56
2.3.1 Методика определения равновесной влажности при сорбции и десорбции паров воды 56
2.3.2 Методика определения кинетики сорбции и десорбции паров воды 57
2.3.3 Методика определения кинетики набухания нитей в воде 58
2.3.4 Методика определения влияния водной среды на разрывные характеристики при деформации растяжения в мокром состоянии после достижения нитями равновесной влажности 58
2.3.5 Методика определения изменения разрывных характеристик нитей, высушенных после длительного воздействия воды 59
2.3.6 Оценка влияния микрофлоры, развивающейся на нитях в дистиллированной воде 59
2.3.7 Методика оценки влияния длительного воздействия почвенных микроорганизмов 60
2.3.8 Методика оценки воздействия спонтанной микрофлоры 61
2.3.9 Методика оценки степени поврежденности нитей по показателю биодеструкции 62
2.3.10 Методика оценки влияния длительного воздействия естественной инсоляции 63
2.4 Обработка результатов 65
3 Исследование сорбционных свойств параарамидных нитей 66
3.1 Равновесная сорбция водяного пара 66
3.2 Кинетика сорбции, десорбции водяного пара 85
3.3 Кинетика набухания нитей в воде 91
4 Исследование влияния влаги на механические свойства параарамидных нитей 97
4.1 Влияние водной среды на деформационные и прочностные свойства нитей 97
4.2 Восстановление деформационных и прочностных свойств нитей, высушенных после выдерживания в воде 101
5 Исследование устойчивости параарамидных нитей к воздействию микроорганизмов 113
5.1 Исследование устойчивости нитей к длительному воздействию почвенных микроорганизмов 113
5.2 Исследование устойчивости нитей к воздействию спонтанной микрофлоры 125
5.3 Исследование грибостойкости нитей 128
6 Исследование воздействия атмосферных факторов на свойства параарамидных нитей 131
6.1 Изменение деформационных и прочностных свойств нитей в результате длительного воздействия атмосферных факторов 131
6.2 Изменение цвета нитей после воздействия атмосферных факторов 139 7 ОБСУЖДЕНИЕ И Реализация результатов исследований. 151
Основные выводы 158
Список использованных источников 160
- Воздействие эксплуатационных факторов на свойства параарамидных волокон и нитей
- Методика оценки влияния длительного воздействия естественной инсоляции
- Восстановление деформационных и прочностных свойств нитей, высушенных после выдерживания в воде
- Исследование устойчивости нитей к воздействию спонтанной микрофлоры
Введение к работе
Актуальность темы. Среди новых видов химических волокон и нитей технического назначения широкое распространение получили параарамидные нити - русар (Россия), кевлар (США), тварон (Нидерланды), технора (Япония). Параарамидные волокна и нити применяют для получения различных видов изделий технического назначения: тяжело нагруженных текстильных материалов, средств спасения и безопасности (страховочные пояса, канаты, тросы, ленты, гибкие лестницы и др.), оптических и электрических кабелей, изделий баллистической защиты, высокопрочных композитов, изделий резинотехники (тяжелые шины, приводные ремни, шланги высокого давления) и других.
При хранении и эксплуатации изделия из параарамидных волокон и нитей испытывают воздействие различных внешних условий: воды и водных сред, микрофлоры, инсоляции и других, что может снизить их эксплуатационную надежность и сократить сроки возможной эксплуатации.
Влияние эксплуатационных воздействий на свойства параарамидных нитей в настоящее время изучено недостаточно. Анализ литературы показал, что информации о воздействии воды на их свойства имеется крайне мало. Сорбционные свойства параарамидных нитей представлены отрывочными данными равновесных значений влагосодержания, тогда как кинетические характеристики отсутствуют. Сведения об изменении свойств этих нитей в результате воздействия атмосферных факторов и микроорганизмов носят случайный характер и оцениваются лишь прочностными характеристиками. Данных по изменению деформационных характеристик найти не удалось. Имеющаяся в литературе информация не дает надежных сведений о сравнительных испытаниях параарамидных нитей с применением идентичных методов, что затрудняет сопоставление свойств нитей и оптимизацию их применения.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом Госбюджетных НИР СПГУТД по теме Лен. тек №1.10.04 2004 - 2006 г.г. «Создание теоретических основ материаловедения волокон и пленок с экстремальными свойствами на основе сравнительного анализа, структурной обусловленности, характеристик ориентированных полимерных материалов», а также с координационным планом Научного совета РАН по адсорбции и хроматографии 2007 года по теме № 10 2.15.1.Т «Изучение изменения физико-механических свойств арамидных волокон вдоль изотермы сорбции воды».
Цель и задачи работы. Целью работы являлось исследование влияния воздействий влаги и факторов окружающей среды на свойства параарамидных нитей, что предусматривало решение следующих задач:
- оценка равновесной сорбции водяного пара параарамидными нитями
с расчетом тепловых эффектов и термодинамическим анализом
гистерезисных явлений;
- усовершенствование методик исследования кинетики сорбции,
десорбции
водяного пара и набухания параарамидных нитей в воде, а также определение коэффициентов диффузии;
оценка воздействия воды на механические свойства параарамидных нитей;
исследование изменения свойств параарамидных нитей в результате воздействия микроорганизмов, определение показателя биодеструкции;
исследование изменения свойств параарамидных нитей в результате воздействия атмосферных факторов;
- получение аналитических зависимостей изменения разрывных
характеристик, позволяющих прогнозировать свойства параарамидных нитей
при хранении и эксплуатации в условиях воздействия влаги и окружающей
среды;
- составление справочных данных по изменению свойств различных
видов параарамидных нитей в условиях эксплуатационных воздействий.
Научная новизна работы заключается в комплексном исследовании изменения свойств основных видов параарамидных нитей отечественного и зарубежного производства в результате воздействия эксплуатационных факторов.
В диссертационной работе:
- впервые получены сравнительные данные по сорбции и десорбции
водяного пара параарамидными нитями, рассчитаны тепловые эффекты
данных процессов и проведен термодинамический анализ гистерезисных
явлений;
усовершенствована методика исследования кинетики сорбции, десорбции водяного пара параарамидными нитями;
усовершенствована методика исследования кинетики набухания параарамидных нитей в воде;
впервые получены кинетические коэффициенты зависимостей, описывающих кинетику сорбции, десорбции водяного пара и набухания параарамидных нитей в воде. Для исследованных нитей рассчитаны коэффициенты диффузии;
установлено влияние воды на деформационные и прочностные свойства параарамидных нитей;
- впервые определена устойчивость параарамидных нитей к
воздействию почвенных микроорганизмов, спонтанной микрофлоры и
стандартному набору грибов. Для вышеуказанных микробиологических
воздействий данные по изменению деформационных и прочностных свойств
дополнены расчетом показателя биодеструкции;
выявлено изменение свойств параарамидных нитей при длительном воздействии атмосферных факторов;
предложены экспоненциальные зависимости изменения разрывных характеристик параарамидных нитей, которые позволяют прогнозировать
изменение свойств нитей при длительном воздействии влаги, почвенных микроорганизмов и атмосферных факторов;
- впервые выполнен сравнительный анализ изменения свойств
параарамидных нитей отечественного и зарубежного производства в
результате воздействия основных видов эксплуатационных факторов.
Практическая значимость результатов работы:
Результаты проведенных исследований использованы при разработке рекомендаций и составлении справочных данных по влиянию эксплуатационных воздействий на свойства параарамидных нитей. Анализ сведений, представленных в работе, по изменению свойств параарамидных нитей под влиянием эксплуатационных воздействий выявляет резервы их эксплуатационной надежности и позволяет производителям изделий, создаваемых на основе параарамидных нитей, осуществлять научно-обоснованный выбор применяемых нитей, что необходимо для оптимизации свойств и повышения надежности выпускаемых изделий.
Результаты диссертационной работы использованы в ООО НПФ «ТЕХИНКОМ», ООО НПФ «Термостойкие изделия», 000 «Линтекс», а также в учебном процессе на кафедре материаловедения Санкт-Петербургского государственного университета технологии и дизайна.
Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на следующих конференциях:
международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие инновационные технологии развитию промышленности региона» (Лен), 2006 г., Кострома (КГТУ);
международных научно-технических конференциях «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс), 2006, 2007 г.г., Иваново (ИГТА);
межвузовских научно-технических конференциях аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности» (Поиск), 2006, 2007 г.г., Иваново (ИГТА);
- всероссийских научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности» (Дни науки), 2006,2007 г.г., Санкт-Петербург (СПГУТД).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения, 4 приложений. Работа выполнена на 180 страницах, содержит 40 рисунков, 37 таблиц, список использованных источников состоит из 176 наименований.
Воздействие эксплуатационных факторов на свойства параарамидных волокон и нитей
Получение, переработка и применение волокон и волокнистых материалов связаны с их гигроскопическими характеристиками. От содержания влаги зависят физико-механические и эксплуатационные свойства волокон и требования к материалам на их основе. В свою очередь взаимодействие волокон и волокнообразующих полимеров с жидкостями и парами определяется химическим составом и природой компонентов (их строением, термодинамическими характеристиками), а также внешними условиями (температурой, давлением и продолжительностью взаимодействия). Возможны различные варианты взаимодействия волокон и нитей с низкомолекулярными веществами, классификация которых схематично представлена на рисунке 1.3 [60].
Взаимодействие с низкомолекулярными веществами может происходить [23, 61]: - на поверхности волокон без изменения молекулярной и надмолекулярной структуры (поверхностная сорбция, смачивание); - без изменения химического строения макромолекул, затрагивая только надмолекулярную структуру (объемная сорбция, набухание, пластификация); - с протеканием химических реакций, изменяющих строение макромолекул, а также надмолекулярную структуру (деструкция). Следует отметить, что гигроскопические (гигиенические ) свойства волокон определяют в основном взаимодействия их с жидкостями и парами, протекающие без изменения химического строения макромолекул. Смачивание поверхности твердого тела жидкими веществами лежит в основе всех теорий взаимодействия твердых тел с жидкостями. Процессы смачивания твердых поверхностей жидкостями определяются изменением поверхностной энергии системы в результате взаимодействия компонентов, зависящим от числа и вида расположенных на поверхности функциональных групп. Смачивание твердых тел (в том числе и волокон) жидкостями характеризуется краевым углом смачивания на границе раздела жидкость -твердое тело - газ; энергией адгезии Wa и энергией смачивания WCM : Величина краевого угла смачивания волокон и кинетика процесса зависят от направления движения жидкости: при натекании он больше, чем при оттекании. Разность величин краевого угла смачивания при натекании и оттекании характеризует гистерезис смачивания. Причин явления гистерезиса смачивания несколько [23]: - наличие на твердой поверхности сорбированных веществ и загрязнений (препятствует натеканию); - сорбция компонентов смачивающей жидкости (затрудняет оттекание); - шероховатость поверхности; - гидродинамическое трение и др. Важной характеристикой смачиваемости волокон как твердых поверхностей являются не только равновесные характеристики смачивания, но и скорость этого процесса, т.е. кинетика процесса смачивания. Смачивание твердых тел в том числе волокнообразующих полимеров различными жидкостями подробно рассмотрено в работах [62 - 67], однако сведений о смачиваемости волокон в литературе очень мало. Одной из важнейших стадий взаимодействия полимеров с жидкими средами является сорбция полимерами молекул жидкой среды [68, 69]. Исследования сорбции паров воды позволяют выяснить структурные особенности полимеров и изделий из них [70] .Известно, что сорбция паров воды зависит от химической природы полимеров, степени кристалличности и доступной пористости [23, 61]. Пары воды являются активным сорбатом по отношению ко многим полимерам, в том числе и к полиамидам. Центрами сорбции служат амидные и гидроксильные группы, свободные или образующие внутри- и межмолекулярные водородные связи. Поэтому величина сорбции может являться определенной мерой межмолекулярного взаимодействия в таких полимерах. В свою очередь сведения о межмолекулярных взаимодействиях и их изменениях помогают распознавать особенности структуры полимеров. Кроме того, сорбция паров воды осуществляется в основном аморфными участками структуры волокон [23, 70, 71]. Если в процессе сорбции надмолекулярная структура меняется незначительно, равновесная концентрация сорбированного вещества с примерно пропорциональна степени аморфности волокна: где са - сорбция в расчете на аморфные участки; хк, ха - относительное содержание соответственно кристаллических и аморфных участков структуры [23]. Вследствие этого сорбция паров воды может служить в известной степени мерой упорядоченности аморфных областей и показателем кристалличности полимера [72]. Так в работе [73] изучена сорбция паров воды параарамидным волокном армос, полученным на основе гетероциклических ароматических сополиамидов. При этом было установлено, что сорбция нетермообработанным волокном существенно выше, чем волокном, прошедшим термообработку, что свидетельствует об упорядочении структуры при повышенных температурах и, соответственно, увеличении степени кристалличности волокнообразующего полимера. Однако проникновение молекул возможно и в дефектные кристаллические участки надмолекулярной структуры химических волокон, если их макромолекулы содержат сильно полярные функциональные группы. Это, в частности, отмечено для волокон на основе ароматических гетероциклических полимеров, содержащих сильнополярные группы [23, 74, 75]. Существует целый ряд механизмов сорбции, но для полимеров основными являются ниже перечисленные, каждому из которых соответствует свой вид изотермы сорбции [23, 61, 76 - 80]:
Методика оценки влияния длительного воздействия естественной инсоляции
Изученные объекты, кроме нити русар, имеют близкие значения параметра At], т.е. состояние их волокнообразующего полимера на стадиях сорбции и десорбции претерпело значительно меньшие изменения, чем в случае нити русар.
Наибольшие напряжения наблюдаются при низких величинах сорбции до точки перегиба изотермы, когда образцы находятся в стеклообразном состоянии, и малая подвижность макромолекул не позволяет протекать релаксационным процессам. Внутренние напряжения способствуют более быстрому проникновению молекул сорбата в полимер, снижается активационный барьер перескока молекул. Но после релаксации внутренних напряжений изменяется состояние полимера, он переходит в высокоэластическое состояние, поэтому десорбционная кривая не совпадает с сорбционной кривой [61, 74].
Таким образом, неравновесность структуры высокоориентированных химических волокон и ее изменение под действием поглощенного сорбата являются одной из причин гистерезисных явлений. Другой причиной является то, что при удалении определенного количества сорбата, когда система переходит из высокоэластического в стеклообразное состояние, часть сорбата может попасть в диффузионные «пробки» удаление сорбата из которых будет затруднено. Также причиной гистерезисных явлений может служить различие в давлении пара над вогнутым и выгнутым менисками (соответственно при конденсации и испарении) и поэтому изотерма десорбции, сдвинута в сторону меньшего относительного давления пара [74].
Оценка сорбционных свойств волокон по изотермам сорбции дает представление об их сорбционных характеристиках только в равновесных условиях. Не менее важными являются данные по неравновесной сорбции и десорбции. Кинетические характеристики влагообмена зависят от формы, размеров и структурных показателей материала, тогда как равновесная влажность связана с волокнистым составом исследуемого образца. Поэтому объективно судить о сорбционных свойствах конкретного материала можно учитывая в совокупности показали равновесной и неравновесной (кинетики) сорбции, десорбции.
Кинетику сорбции и десорбции водяного пара измеряли интегральным методом в герметизированных цилиндрах с пружинными весами (константы вольфрамовых спиралей 4-5 мг/мм, навеска волокна 300 - 500 мг). При изучении сорбции на дно цилиндра помещали насыщенный раствор сернокислой меди, при десорбции - прогретый при температуре 200 С гранулированный силикагель. Навеску располагали вблизи раствора или силикагеля, изменения положения спирали измеряли с помощью катетометра с точностью ±0,005 мм. Кинетические кривые приведены на рисунках 3.11 и 3.12.
Кинетика сорбции и десорбции водяного пара исследуемыми нитями описывается уравнением (3.11) [151]: где n - коэффициент, характеризующий природу полимера; 8 - коэффициент, связанный со временем диффузионной релаксации. Параметры п и 5 вычисляли с использованием компьютерной программы OriginPro v.7.5. Представляя экспериментальные данные в линейных координатах In т - In (-In (1-у)) определяли уравнение прямой, где п - коэффициент при переменной In т, аналогично, представляя экспериментальные данные в линейных координатах тп - In (1-у) вычисляли параметр 5. Коэффициенты, входящие в уравнение (3.11) представлены в таблице 3.4.
Методы расчета параметров кинетики сорбции в полимерных системах обобщены в работах А.Е. Чалыха [81, 152]. Им показано, что допущения при классическом решении задачи диффузии в гомогенную среду [153, 154] не всегда выполняются в полимерных системах, особенно при температурах ниже Тс. Это связано с неравновесностью структуры, особенно ориентированных жесткоцепных полимеров, в которых под влиянием сорбата полимер переходит в более устойчивое состояние. В результате время релаксационных изменений структуры превышает время диффузионной релаксации. Следствием является задержка в установлении равновесного значения сорбции на поверхности образца. Последнее проявляется на начальных участках кинетических кривых в координатах у = ґ(л/т) в виде отрезка то, характеризующего структурную релаксацию.
Для примера на рисунке 3.13 приведены данные для образца тварон 2200. В процессе сорбции из паровой фазы для всех изученных образцов ароматических полиамидов наблюдали подобные явления. При анализе экспериментальных данных установлено, что времена т0 для параарамидных волокон находятся в интервале до 180 с. Для значительно более гибкоцепных капрона и лавсана т0 = 0. На начальных участках кривых десорбции в координатах у = ґ(л/т) для всех образцов наблюдали обычные прямые, исходящие из начала координат.
Коэффициенты диффузии измеряли методом моментов, т.к. этот метод в отличие от методов «начальных» и «конечных» участков кинетических кривых дает среднее значение коэффициента диффузии для всей области концентраций. Для аналитического расчета моментов (Мі) использовали уравнение кинетики (3.11), из которого следует выражение (3.12) для вычисления первого момента кинетической кривой:
Восстановление деформационных и прочностных свойств нитей, высушенных после выдерживания в воде
Изделия, созданные на основе параарамидных волокон и нитей, благодаря уникальному комплексу присущих им свойств, могут эксплуатироваться в различных, в том числе экстремальных условиях, не исключающих длительное воздействие влаги. Примером такого использования параарамидных нитей могут служить тросы и канаты, изготавливаемые на их основе и применяемые для глубоководных работ -подъема затонувших судов или глубоководных аппаратов со сверхбольших глубин. Вследствие более высоких удельных механических характеристик они зачастую вытесняют стальные тросы. Особенно высоки преимущества таких канатов при большой длине тросов, когда их собственная масса лимитирует возможности использования [12].
Предельно возможное изменение механических свойств нитей под действием воды определяется показателями прочности в мокром виде. В литературе крайне редко встречаются сведения об изменении деформационных и прочностных свойств параарамидных нитей в результате воздействия воды [102, 105]. Из литературных источников практически невозможно почерпнуть информацию, позволяющую объективно оценить изменение прочностных свойств нитей в воде, т.к. исследователи [158] пользуются стандартной методикой [101], имеющей существенный недостаток - она не учитывает время достижения равновесного состояния. В связи с этим особенно актуальным является исследование изменения свойств параарамидных нитей в мокром состоянии с учетом установления их равновесности. Исследование кинетики набухания параарамидных нитей в воде, представленное в главе 3, выявило, что практически у всех исследуемых нитей равновесное состояние достигается в течение 10 сут. Поэтому определение деформационных и прочностных характеристик исследуемых нитей проводили после 10 сут выдерживания их в воде.
Для всех изучаемых нитей наблюдается потеря прочности и повышение удлинения при взаимодействии с водной средой. Наглядно это представлено на рисунке 4.1, также сведения об изменении деформационно-прочностных свойств изучаемых нитей содержатся в приложении В. Подобные изменения свойств наблюдаются вследствие эффекта пластификации и изменения надмолекулярной структуры.
Полученные в ходе исследования данные свидетельствуют о существовании связи между степенью набухания и деформационно-прочностными свойствами изучаемых нитей. Наибольшая потеря прочности и повышение удлинения при разрыве наблюдаются гидрофильных нитей русар и капрон (равновесная степень набухания 15,6% и 10,6% соответственно). У нити русар, равновесное состояние при набухании которой достигалось дольше других, под действием воды, очевидно, проявляется лабильность структуры, приводящая к ее разупорядочению и существенному изменению деформационных и прочностных свойств. В исследовании влияния влаги на деформативные свойства и структуру нити СВМ [104], имеющей сходное химическое строение с нитью русар, отмечена значительная аморфизация структуры материала в результате влияния воды. Предполагается [104], что этими участками являются амидные группы волокна и эффект аморфизации объясняется разрушением водородных связей, образованных этими группами. Возможно, подобные явления под действием влаги наблюдаются и в структуре нити русар.
У нитей тварон и кевлар, получаемых на основе полипарафенилентерефталамида и имеющих одинаковое химическое строение, выявлены близкие значения изменения прочности и удлинения в мокром состоянии.
Несмотря на наименьшее значение равновесной степени набухания (4,8%) среди изучаемых в данной работе арамидных нитей изменение удлинения нити технора Т200 превышает аналогичные показатели более гидрофильных нитей тварон и кевлар. Очевидно, это обусловлено присутствием в структуре ее волокнообразующего полимера шарнирного атома кислорода, позволяющего под действием влаги увеличивать подвижность макромолекулы. 4.2 Восстановление деформационных и прочностных свойств нитей, высушенных после выдерживания в воде
В связи с тем, что изделия на основе параарамидных нитей могут в течение длительного времени попеременно эксплуатироваться и на воздухе, и в водной среде, представляют интерес сведения о восстановлении деформационных и прочностных свойствах параарамидных нитей после длительного нахождения их в воде.
Для получения таких сведений образцы нитей в виде пасм помещались в дистиллированную воду, максимальное время воздействия воды на нити равнялось одному календарному году, в течение которого производились промежуточные определения изменения деформационных и прочностных свойств. Способность к восстановлению свойств нитей после воздействия водной среды оценивали по изменению механических свойств, т.е. по отношению относительных показателей прочности и удлинения при разрыве нитей высушенных после выдерживания в воде к значению аналогичных показателей, определенных для исходных нитей.
На рисунках 4.2 и 4.3 в качестве примеров представлены сравнительные диаграммы растяжения нитей после выдерживания в воде в течение 10 сут в мокром состоянии и высушенных при нормальных климатических условиях.
Исследование устойчивости нитей к воздействию спонтанной микрофлоры
В данной работе при оценке устойчивости параарамидных нитей к микробиологическому воздействию наряду с исследованием изменения механических свойств нитей определяли также показатель биодеструкции после выдерживания их в почве в течение 180 сут. Подсчет повреждений волокон, составляющих нити, производился с помощью оптического микроскопа «Биолам» (разрешающая способность 0,2 мкм) в пятидесяти полях зрения при увеличении в 150 раз. Результаты представлены в таблице 5.4.
Для нитей на основе полипарафенилентерефталамида (кевлар 49, тварон 2200, тварон 2000, тварон 1000), сополимера амидобензимидазола с парафенилентерефталамидом (русар) и полиэфирной нити лавсан, выявлена начальная стадия процесса деструкции (К 0,3), которая выражена появлением на поверхности волокон обрастаний и пятнистости. Эти повреждения характеризуются локализацией бактериальных клеток на поверхности волокна и вызывают в основном изменение его поверхности. Встречается испещренность в виде микротрещин, возникающих при размножении микроорганизмов на поверхности волокна.
Более глубокая деструкция (К 0,3), выявленная у нитей технора и капрон, проявляется в появлении на поверхности волокна не только обрастания и пятнистости, но и в глубокой испещренности, при которой общее количество, глубина и протяженность микротрещин увеличиваются в процессе бактериального воздействия.
Величина показателя биодеструкции зависит не только от вида воздействующей микрофлоры, но и от структуры полимера (как молекулярной, так и надмолекулярной). Как правило, гидрофильные нити более подвержены воздействию микроорганизмов, т.к. при набухании происходит ослабление межмолекулярных воздействий, и микроорганизмы легко могут проникнуть во внутренние участки волокон. Отступлением от этого правила можно считать устойчивость нити русар к микробиологическому воздействию. Данная нить является гидрофильной (равновесная степень набухания 15,6%), ее поверхность вследствие высокой степени ориентации макромолекул на отдельных участках может иметь дефекты в виде фибриллизации и косых царапин, но в структуре полимера присутствует небольшое количество химически связанного НС1, который повышает кислотность нитей, а это в свою очередь создает неблагоприятные условия для развития микроорганизмов на поверхности данных нитей. Нить технора напротив показала меньшую устойчивость к воздействию микроорганизмов, чем предполагалось. Несмотря на низкие сорбционные свойства этой нити, она оказалась наиболее подверженной микробиологическому воздействию. Причиной тому - особенности надмолекулярной структуры нити: на поверхности волокон имеются трещины, направленные вдоль оси волокна. Микроорганизмы в них закрепляются, развиваются и могут легко проникнуть во внутренние участки волокна, вызывая его деструкцию
В таблице 5.5 и приложении Б представлен видовой состав микроорганизмов, выделенных с поверхности нитей после выдерживания их в почве. Как видно, он представлен в основном видом Bacillus (subtilis). В работе [ПО] отмечается, что адаптивные штаммы Bacillus (subtilis) являются деструкторами текстильных волокон. Монотонное снижение прочности и удлинения при разрыве в течение выдерживания в почве наблюдается у нитей на основе полипарафенилентерефталамида (кевлар, тварон 2200, тварон 2000, тварон 1000). Подобное изменение свойств может быть объяснено слабой микробиологической деструкцией. Высокая надмолекулярная упорядоченность, отсутствие дефектов структуры создают трудности для проникновения микроорганизмов в волокна. Незначительное снижение прочности и существенное увеличение удлинения при разрыве нити русар являются следствием незначительной микробиологической деструкции вследствие кислотности нити и заметным влиянием эффекта пластификации, обусловленным гидрофильностью нити. Для нити капрон равновесная степень набухания равна 10,6%, что предопределяет их способность к биодеструкции. Несмотря на отсутствие более или менее значительных пор и дефектов на поверхности исходных нитей, при выдерживании в течение длительного времени в почве они сильно повреждаются микроорганизмами. Следствием сильных структурных повреждений является снижение разрывной нагрузки и нарастание удлинения при разрыве.
Для нити технора, несмотря на более низкие гигроскопические свойства (равновесная степень набухания равна 4,8%), также отмечено падение прочности и рост удлинения при разрыве. Это в свою очередь объясняется особенностями исходной структуры нити. Микротрещины различной глубины способствуют проникновению микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности во внутренние области волокна, вызывая их последующую деструкцию. Увеличение удлинения при разрыве может быть обусловлено не только начинающейся деструкцией внутренних участков волокна, но, вероятно, и влиянием влаги на подвижность макромолекул полимера.
Падение разрывных характеристик отмечено также для нити полиэфирной лавсан. Высокая ориентация в сочетании с высокой плотностью упаковки макромолекул полиэфирного волокна, а также наличие малоактивных концевых групп и сложноэфирных связей препятствуют проникновению в волокна продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, и деструкция осуществляется с поверхности волокна, вызывая постепенное послойное разрушение участков молекул, уязвимых для действия ферментов микроорганизмов.
