Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат

А.Л. Волынский, член-корреспондент РАН, д.х.н., проф., гл.н.с.

Время от времени бывает так, что отлично известные и изученные предметы и явления вдруг открываются новыми и необыкновенными сторонами. Конкретно это вышло при исследовании упаковочной полимерной пленки на нашей кафедре. Казалось бы, что в ней особого? Это Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат просто упаковочный материал, без которого быт современного человека совсем немыслим: металлизированные полимерные пленки (обычно, с узким дюралевым слоем) употребляют, к примеру, для упаковки цветов, товаров, промышленных продуктов, используют в полиграфии и в почти всех других областях. Логично, что такие полимерные материалы выпускаются сейчас сотками тыщ тонн.

Полностью естествен и энтузиазм самых Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат различных профессионалов к настолько всераспространенным в быту и индустрии объектам. Уже многие годы издается журнальчик “Thin Solid FILMs” (“Тонкие твердые пленки”), где освещаются научные и прикладные нюансы заморочек, связанных с исследованием и внедрением систем, которые можно обозначить как “жесткое покрытие на покладистом основании”.

Умопомрачительно, что при Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат всем том научном интересе, который проявляют исследователи к схожим системам, до недавнешнего времени никому не пришло в голову просто растянуть упаковочную армированную пленку (она как раз и представляет собой типичную систему “жесткое покрытие на покладистом основании”) и поглядеть, что из этого получится. А поглядеть, как оказывается, есть на что Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат: в микроскоп (сканирующий электрический) видны ряды светлых полос с постоянным волнистым рельефом, разбитых темными полосами.

Что же это все-таки за ряды и каким образом они возникают?

Растягивая полимерную пленку, на которую жесткое покрытие нанесено узким слоем, мы растягиваем сразу и этот слой. В итоге покрытие распадается на огромное количество “островов”-фрагментов Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат. Они-то и “выстраиваются” рядами, образуя типичный рельеф. Поражает регулярность самопроизвольно возникающего рельефа и его строгая ориентация относительно оси растяжения: его углубления и верхушки всегда нацелены строго параллельно оси. Высока и степень порядка, достигаемая при фрагментации покрытия: образующиеся острова однородны по размерам и размещаются на поверхности Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат покладистой подложки очень постоянным образом. Другими словами, на растянутой полимерной пленке появляются высокоорганизованные повторяющиеся структуры. Вот поэтому деформированная упаковочная пленка рассеивает свет, как реальная дифракционная решетка.

А всегда ли появляются подобные результаты растяжения? Может быть, они зависят от природы подложки (полимера) и покрытия? Мы это узнали, взяв для тестов один и Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат тот же полимер, но с различным покрытием, и напротив - одно покрытие на различных полимерах.

Микрофотографии 3-х видов растянутых пленок, армированных различными металлами.

Ось растяжения показана стрелкой. Увел. (слева вправо): в 350 раз, 1100 и 1750.

Никакой зависимости мы не нашли, каждый раз появлялись уже знакомые нам структуры. Правда, нужно было соблюдать два Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат условия:

- высота покрытия должна быть пренебрежимо малой по сопоставлению с шириной подложки;

- модуль упругости покрытия должен на несколько порядков превосходить этот показатель для материала подложки. Конкретно таким требованиям соответствует упаковочная пленка [1, 2].

Сейчас полностью правомочен вопрос: каким образом при ординарном растяжении появляется настолько постоянная структура? Попробуем разобраться в Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат механизме наблюдаемого явления. Примем во внимание, что полимерная пленка, подвергаемая одноосному растяжению, испытывает сразу два вида деформации - удлинение и сжатие в перпендикулярных друг дружке направлениях. (В этом просто может убедиться каждый, растягивая кусочек резиновой ленты.) Как следует, жесткое покрытие на поверхности пленки тоже растягивается и сжимается сразу. Конкретно сжатием покрытия, как выясняется Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат, обосновано появление постоянного микрорельефа. Какова же физическая сущность этого процесса?

Покрытие, представляющее собой анизодиаметричное жесткое тело (т.е. с очень различными размерами в перпендикулярных направлениях), испытывает деформацию одноосного сжатия на поверхности растягиваемой полимерной пленки. Нужно сказать, что в первый раз явления, сопровождающие одноосное сжатие анизодиаметричных жестких тел, подверглись рассмотрению Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат Л.Эйлером более 200 годов назад. Он показал, что тело при достижении критичной нагрузки теряет устойчивость и приобретает форму полуволны (так именуемая эйлеровская традиционная утрата стойкости). Схожее просто следить, сжимая, к примеру, узкую железную линейку либо лист бумаги. Если же анизодиаметричное жесткое тело (в нашем случае это тонкое Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат жесткое покрытие) крепко связать с покладистой подложкой (основанием), то картина утраты им стойкости решающим образом меняется. При достижении критичной сжимающей нагрузки тело не сумеет принять форму полуволны, потому что при отклонении от прямолинейной формы на него будет действовать со стороны подложки возвращающая сила, пропорциональная величине отличия. В итоге Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат такового взаимодействия противоборствующих сил покрытие безизбежно сложится, подобно раскладному метру, и воспримет синусоидальную форму с периодом волны, равным l.

Схема утраты стойкости анизодиаметричного тела в свободном состоянии (а, б) и на покладистом основании (в, г).

Величина периода волны (рельефа) определяется последующим. Работа деформации при сжатии анизодиаметричного твердого тела - покрытия - вырастает с Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат повышением числа совершенных извивов (с уменьшением периода рельефа). Не случаем, что без подложки такое тело воспринимает форму полуволны, т.е. период рельефа максимален. Но покладистая, но очень протяженная подложка заносит поправки в этот процесс. Разумеется, что чем больше период рельефа, тем, при иных равных критериях, больше его Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат амплитуда. Полимерная подложка не остается безучастной к ее повышению - она “течет”, деформируется. Энерго издержки всей системы при всем этом стремятся к минимизации. Период рельефа можно отыскать из условия минимума общего баланса напряжений в покрытии и подложке.

Такового рода минимизация энергии системы в случае упругой каучуковой подложки дает величину периода рельефа

l = 4.15h Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат·(E1/E)1/3, (1)

где h - высота покрытия, E1 и Е - модули упругости покрытия и подложки соответственно.

Если же подложка пластична, период рельефа равен

l = 2hsy /s, (2)

где sy - предел текучести покрытия, s - предел текучести подложки при растяжении. Расчеты для того и другого варианта экспериментально доказаны. Не плохое соответствие теории и Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат опыта свидетельствует о разумности догадок, изготовленных относительно механизма появления постоянного рельефа на поверхности упаковочной пленки.

Регулярность фрагментации жесткой оболочки связана, не считая того, с особенностями передачи механического напряжения от покладистого основания жесткому покрытию через границу раздела. Тут стоит отметить, что нрав самой фрагментации зависит, а именно, от Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат того, однородно либо неоднородно деформируется подложка. Полимерные пленки могут деформироваться обоими способами. Хотя деформация подложки достигается различными методами, регулярность фрагментации твердого покрытия оказывается неминуемой.

В случае однородной деформации полимера-подложки сначала, при малых ее удлинениях, решающий вклад в разрушение покрытия заносят поверхностные микродефекты (соответствующие для хоть какого твердого тела), которые Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат и инициируют процесс в местах собственной локализации. Такового рода недостатки размещаются в покрытии хаотически, что и вызывает нерегулярность его разрушения: образуются куски различных размеров. При предстоящем растяжении подложки куски остаются под нагрузкой, но напряжение в различных частях каждого из их распределяются очень неравномерно: от близкого к нулевому Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат на концах куска до наибольшего точно в его центре. Конкретно тут сначала напряжение добивается предела прочности, и кусок делится на две равные части. Этот процесс можно следить в сканирующем электрическом микроскопе. Такое деление длится до того времени, пока слабенькая покладистая подложка способна передавать кускам напряжение, превышающее крепкость покрытия. Когда их Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат размеры становятся очень малы для передачи подложкой разрушающего напряжения, деление завершается. На поверхности полимерной пленки появляется система из очень выровненных по размерам фрагментов покрытия.

При неоднородной деформации полимерной пленки безпрерывно сосуществуют ее начальный участок и деформированный кусок, уже перешедший в направленное состояние (так именуемая шея).

Это значит, что сразу есть Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат также и две части покрытия: распавшаяся на куски на шее полимера и целая, не разрушенная часть, покрывающая его начальный участок. Действия, связанные с фрагментацией покрытия, разыгрываются в узенькой перемещающейся зоне, расположенной меж направленной и неориентированной частями растягиваемого полимера. В этой зоне всегда находится край разрушенного покрытия, напряжение Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат в каком, разумеется, близко нулю. По мере удаления от края напряжение вырастает и стремительно добивается предела прочности покрытия. Тогда и отрывается его еще одна полоса, при этом ширина всех полосчатых фрагментов оказывается практически схожей.

При таком виде деформации подложки из покрытия практически появляется система практически не отличимых по размерам тончайших Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат параллельных лент, которые тянутся от 1-го края растягиваемого эталона до другого. Появление настолько уникальной структуры, как лицезреем, обосновано особенностью неоднородной деформации полимерной пленки в системе “жесткое покрытие на покладистом основании”.

Микрофотографии образцов пленки полиэтилентерефталата с платиновым покрытием (4 нм).

Слева - эталон, растянутый на 100% при 100°С (скорость 0.1 мм/мин);

Справа - тот же Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат эталон после дополнительного растяжения при более высочайшем напряжении.

Увел. в 2500 раз.

Микрофотографии образцов пленки различного состава, но с одним и этим же покрытием,

и 1-го состава, но с различным покрытием после неоднородной и однородной деформации полимера-подложки.

Увел. (слева вправо): в 2000 раз, 800 и 1200.

Принципиально отметить, что при неоднородной деформации подложки Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат наличие микродефектов на поверхности покрытия практически не оказывает влияние на процесс его фрагментации. Это обосновано тем, что поверхность полимера, не перешедшего в направленное состояние, фактически не деформирована - величина упругой деформации не превосходит нескольких процентов.

Независимо от того, упруго либо не упруго деформируется покладистая подложка и (либо) жесткое покрытие Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат, средний размер (L) куска разрушения в направлении оси растяжения равен

L = 2hs*/s0, (3)

где h - высота покрытия, s* - предел его прочности и s0 - напряжение в подложке.

Вот такие достойные внимания последствия обычного растяжения армированной упаковочной пленки проявились при исследовании. Но неуж-то исключительно в ней могут происходить описанные Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат тут явления? Тяжело представить, что это так. Думаю, найдется много физических объектов, построенных по принципу “жесткое покрытие на покладистом основании”. Не исключено, что деформация (сжатие и растяжение) упаковочной пленки моделирует многие процессы в окружающем нас мире.

Сетки трещинок на различных физических объектах.

Сверху вниз:

полимерная пленка с узким Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат железным покрытием,подвергнутая плоскостному растяжению;

трещинкы на высыхающей увлажненной почве

и на остывающей вулканической бомбе.

В природе очень нередко появляются ситуации, когда подобные системы подвергаются различного рода деформациям. Как следствие, появляются бессчетные постоянные структуры. Утрата стойкости в критериях плоскостного сжатия приводит к возникновению умопомрачительно прекрасных рельефов, таких, к примеру, которые образуются при Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат высыхании капли краски.

Системы “жесткое покрытие на покладистом основании” подвергаются и деформации плоскостного растяжения. Его результаты лицезрел каждый, кто замечал на почве сухие, в трещинках, корки. Когда сохнет мокроватая земля, образовавшаяся на ее поверхности жесткая корка стремится сжаться, но этому препятствует лежащее под ней мягкое, практически несжимаемое Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат основание - слой грязищи. В итоге корка оказывается в критериях плоскостного растяжения. За счет испарения воды из земли растягивающие напряжения усиливаются, и возникает сетка трещинок на жесткой поверхности. Образуются они и распространяются по серьезным законам, присущим все этим же системам “жесткое покрытие на покладистом основании”.

Столбчатые структуры Мостовой гигантов Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат в Северной Ирландии.

Подобные картины появляются и при остывании магматических расплавов, так именуемых вулканических бомб. При неспешном остывании расплава граница меж жестким слоем и еще не остывшей водянистой сердцевиной движется вглубь. Жесткая фаза, безпрерывно сосуществующая с водянистой, повсевременно подвергается деформации плоскостного растяжения. Когда этот процесс замедлен, фрагментация происходит так часто Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат, что кажется делом человечьих рук. Считают, что конкретно этот механизм лежит в базе появления необычного природного объекта - базальтовых пальцев. Одно из таких образований находится в Северной Ирландии и понятно как Мостовая гигантов.

А разве не похожа сама Земля на типичную систему “жесткое покрытие на покладистом основании”? По современным представлениям Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат, относительно узкая (5-50 км) жесткая внешняя оболочка нашей планетки (литосфера) лежит на относительно покладистой и толстой (2900 км) оболочке - верхней мантии (полная аналогия с упаковочными пленками). Ее вязкое, текучее вещество находится в состоянии неустойчивости из-за вертикального термического градиента [3]. Считают, что вот поэтому в мантии генерируются огромные конвекционные потоки (ячейки). За счет Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат конвекции появляется механическое напряжение в земной коре, которое трепетно за такие геодинамические процессы, как дрейф материков, формирование рельефа, открытие и закрытие океанов, извержения вулканов, землетрясения и т.д.

Как лицезреем, строение верхних оболочек нашей Земли стопроцентно соответствует структуре систем “жесткое покрытие на покладистом основании”. Логично потому, что рельеф Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат приблизительно трети океанического дна (т.е. колоссального по размерам участка) поразительно похож на рельеф, образующийся при растяжении армированных полимерных пленок.

Если рассматривать земную кору как единое жесткое тело (невзирая на его огромные размеры, сферическую форму, непостоянный хим состав, градиент температуры, дефектность и огромное количество других осложняющих причин), способное принимать и передавать Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат механическое напряжение на большие расстояния, то, применив формулы 1-3, можно получить важную количественную информацию. Эти формулы позволяют связать прямо измеряемые на картах характеристики рельефа с внутренними качествами системы, такими как крепкость, предел текучести либо модуль упругости. Найти такие характеристики для настолько превосходной системы, как земная кора, ни одним Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат другим методом в принципе нереально *. Ясно, что крепкость либо модуль кусочка базальта, которые можно просто измерить в лаборатории, совсем не равны подходящим чертам такового уникального тела, как земная кора в целом.

* К истинному времени создателем применены уравнения (1-3) для расчетов напряжения прочности океанической коры. - Примеч. ред.

Многим, по-видимому, покажется умопомрачительной мысль Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат родственности процессов, вызывающих регулярность разрушения твердого покрытия на покладистой полимерной подложке, и событий, происходящих в земной коре. Но такая аналогия, уверен, все таки полностью правомерна. Не достаточно того, рассмотренный подход можно использовать в планетологии для грубой оценки структуры галлактических объектов. Так, по анализу особенностей рельефа поверхности Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат Венеры [A HREF="#4">4], приобретенному при помощи радарной съемки с ее искусственного спутника, с внедрением такового подхода уже изготовлены некие заключения относительно прошедшего этой планетки.

Два очень похожих рельефа: океанического дна в районе Восточно-Тихоокеанского поднятия и образующегося на растянутой пленке каучука с золотым покрытием.

Нет ничего необычного в том, что часто одни Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат и те же физические законы действуют в самых различных системах. В нашем случае спектр схожих явлений простирается от микроскопичного уровня (толщины покрытий на упаковочных полимерных материалах составляют от единицы до 10-ов нанометров) до макроскопического и даже планетарного. Благодаря общности законов можно получать информацию о явлениях и Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат процессах (к примеру, образовании рельефа на поверхности планет), происходящих в внешнем мире, обратившись к лабораторным моделям и взяв за аналог обычный и отлично изученный физический объект. Скажем, кусочек упаковочной пленки, если интересующая нас система подобна той, что названа “жестким покрытием на покладистом основании”.

Перечень литературы

1. Волынский А.Л., Баженов Удивительные свойства упаковочной пленки - реферат С.Л, Бакеев Н.Ф. // Рос. хим. журн. (ЖВХО им.Д.И.Менделеева). 1998. Т.42. №3. С.57-68.

2. Волынский А.Л. // Наука в Рф. 2002. №3. С.4-12.

3. Короновский Н.В. Общая геология. М., 2002.

4. Короновский Н.Н. Структура тессер Венеры и ее тектонофизическое моделирование: Дис. … канд. геол.-мин. наук. М., 2003.


ue-172-fonokardiografiya.html
ue-253-issledovanie-mokroti-na-mikobakterii-tuberkuleza.html
ue-golovachyova-uralskij-gosuniversitet-magistrantka-dialog-kultur-i-civilizacij.html