ориентированное состояние полимеров
ОРИЕНТИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЛИМЕРОВ
состояние тел из линейных полимеров, характеризуемое тем, что оси достаточно протяженных распрямленных участков цепных макромолекул, составляющих эти тела, расположены преим. вдоль некоторых направлений — осей ориентации. Так, в пленках полимерных могут реализоваться виды плоскостной ориентации: двухосная, радиальная. Простейший и наиболее распространенный вид ориентации линейных полимеров — одноосная ориентация.
Ориентир. полимеры широко распространены в растит. мире (напр., древесина, хлопок, лен) и животном (сухожилия, мышечные ткани, шерсть и др.). Практически всюду в природе, где требуются прочные и гибкие элементы структуры, они формируются из ориентир. полимеров.
В технике ориентир. полимеры получают в осн. ориентац. вытягиванием (на десятки — тысячи процентов) изотропных полимерных тел, нагретых выше температур стеклования. В результате цепные макромолекулы, хаотически (статистически) ориентированные в исходном теле, под воздействием внеш. направленного растягивающего усилия приобретают ту или иную степень ориентации. В аморфном гибкоцепном полимере ориентир. состояние является неравновесным и, чтобы его зафиксировать, необходимо охладить полимер ниже температуры стеклования, не снимая растягивающего напряжения. В случае гибкоцепных кристаллизующихся полимеров О. с. п. можно считать равновесным ниже температуры плавления кристаллитов и снятие растягивающего напряжения при температуре вытяжки не ведет к разориентации, т. к. кристаллиты образуют ориентир. каркас, сохраняющий аморфные участки полимерного тела в О. с. п.
При получении ориентир. гибкоцепных полимеров двухступенчатым методом вначале осуществляют ориентацию раствора или расплава полимера. Этого достигают созданием потоков с градиентами скорости (поперечным или продольным), в результате чего длинные цепные молекулы ориентируются преим. вдоль направления потока. Происходящая при этом кристаллизация фиксирует достигнутое состояние, что приводит к образованию ориентир. полимера. Послед. вытягивание в твердой фазе доводит полимерный материал (или изделие) до сверхвысокоориентир. состояния.
Для жесткоцепных полимеров О. с. п. является равновесным и достигается двухступенчатым методом: вначале при сравнительно умеренной температуре вытягиванием из раствора формуют ориентир. "заготовку", затем следует термообработка при повышенной температуре, приводящая к значит. увеличению ориентац. порядка в полимере (явление типа направленной кристаллизации).
Ориентир. полимеры содержат характерные надмолекулярные образования-фибриллы — с поперечным размером ~ 10–100 нм и протяженностью не менее ~1–10 мкм.
Одноосноориентир. полимерные тела отличаются высокой анизотропией мех., акустич., оптич., электрич. и др. свойств. Поэтому чувствительные к анизотропии методы (напр., дифрактометрия, ЯМР, ЭПР, ИК спектроскопия, акусто-спектроскопия, измерение двулучепреломления) эффективны при изучении ориентир. полимеров. Последним присуща также характерная аномалия термич. расширения: отрицат. коэф. расширения вдоль оси ориентации. Это связано с поперечными колебаниями распрямленных участков цепных молекул, амплитуда которых много больше, чем продольных колебаний, а также с конформац. "скручиванием" ориентир. участков макромолекул в аморфных областях, что ведет к сокращению размеров этих областей вдоль оси ориентации полимера. Важное техн. свойство ориентир. полимеров — повыш. прочность при растяжении и жесткость вдоль оси ориентации при сохранении достаточной гибкости. Это обусловлено тем, что вдоль оси ориентации работают гл. обр. хим. связи, в перпендикулярном направлении-межмолекулярные. Так, теоретич. значения
и модуля продольной упругости
для волокна составляют соотв. 20–30 и 
250 ГПа; для техн. ориентир. полимерных волокон 
0,5–1,0 ГПа, 
20–50 ГПа; для высокоориентир. волокон 
5–10 ГПа, 
100–150 ГПа, что близко к теоретич. значениям и является большим техн. достижением.
Высокие мех. характеристики в сочетании с низкой плотностью, хим. и термич. стойкостью (этим отличаются жесткоцепные полимеры; они содержат циклич. группы в основных цепях макромолекул) определяют все более широкое использование ориентир. полимерных волокон: тросы, канаты, ткани, армирующие элементы в разнообразных композиц. материалах и др. В технике широко распространены, напр., полиамидные, полиолефиновые, полиэфирные, полиимидные, полиакрилонитрильные волокна.
• см. также волокна химические, формование химических волокон
Лит.: Марихин В. А., Мясникова Л. П., Надмолекулярная структура полимеров. Л., 1977; Сверхвысокомодульные полимеры, под ред. А. Чиферри, И. Уорда, пер. с англ.. Л., 1983.
А. И. Слуцкер
