Kinetics of radiation-oxidative aging of HDPE fibers with simultaneous destruction and macromolecules crosslinking

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The kinetics of strength reduction of high-density polyethylene fibers upon irradiation of air with X-rays in the range of absorbed dose rates of 0.02–15 Gy/s has been studied. It is shown that the decrease in the strength of irradiated polyethylene fibers occurs up to a certain limiting value, which depends on the dose rate and can be described by the laws of the kinetics of a reversible pseudo-first-order reaction.

The proposed structural-kinetic model of radiation-oxidative aging of fibers takes into account the opposite effect of degradation and cross-linking of passing macromolecules on the strength of an oriented polymer (fiber), the relationship between the kinetics of radiation-oxidative transformations, and structural features of an oriented polymer. The model is in good agreement with the experiment and makes it possible to describe the change in the strength of the oriented polymer during the simultaneous occurrence of the processes of radiation-oxidative degradation and cross-linking of chains.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. A. Dalinkevich

A.N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences; Research Institute of Mechanics, Lomonosov Moscow State University Lomonosov

Author for correspondence.
Email: dalinckevich@yandex.ru
Russian Federation, Moscow; Moscow

I. M. Piskakev

Research Institute of Nuclear Physics. D.V. Skobeltsyn, Lomonosov Moscow State University

Email: dalinckevich@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

L. V. Fomin

Research Institute of Mechanics, Lomonosov Moscow State University Lomonosov

Email: dalinckevich@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

T. A. Nenasheva

A.N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences

Email: tnenasheva@inbox.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Финкель Э.Э., Брагинский Р.П. В сб.: Радиационная химия полимеров. Под ред. В.А. Каргина. М.: Наука. 1973. С. 186–291.
  2. Радиационная химия макромолекул. Под ред. М. Доула, пер. с англ. под ред. Э.Э. Финкеля. М., Атомиздат, 1978. 1978. 325 с.
  3. Пикаев А.К. Современная радиационная химия: Твердое тело и полимеры: Прикладные аспекты. М.: Наука, 1987. С. 181–186.
  4. Иванов В.С. Радиационная химия полимеров. Л.: Химия, 1988. 320 с.
  5. Сирота А.Г. Модификация структуры и свойств полиолефинов. Л.: Химия, 1984. 150 с.
  6. Далинкевич А.А. Успехи в области физико-химии полимеров. М.: Химия, 2004. С. 475–501.
  7. Dalinkevich A.A., Piskarev I.M., Shlyapnikov Yu.A. // Polymer Degradation and Stability. 1993. V. 40. P. 117–119.
  8. Далинкевич А.А., Кирюшкин С.Г., Шемаров Ф.В., Шляпников В.А. // Химия высоких энергий. 1987. T. 21. № 3. C. 219–224.
  9. Далинкевич А.А., Пискарев И.М. // Химия высоких энергий. 1994. Т. 28. № 4. С. 312–317.
  10. Аллаяров С.Р., Ольхов Ю.А., Диксон Д.А. // Химия высоких энергий. 2020.
  11. Аллаяров С.Р., Шаймухаметова И.Ф., Богданова С.А., Белов Г.П., Голодков О.Н., Диксон Д.А. // Химия высоких энергий. 2018. Т. 52. С. 273–282.
  12. Deccer С., Mayo F.R. // J. Polym. Sci. Polym. Chem. Ed. 1973.V. 11. № 11. P. 2847.
  13. Giberson R.C. // J. Phys.Chem. 1962. V. 66. № 2. P. 463.
  14. Рапопорт Н.Я., Гониашвили А.Ш., Акутин М.С., Миллер В.Б. // Высокомолек. соед. 1977. Т. 19. A. № 10. С. 2211–2216.
  15. Далинкевич A.A., Пискарев И.М., Шляпников Ю.А. // Высокомолек. соед. 1993. Т. 35А. № 7. С. 830–837.
  16. Далинкевич А.А., Пискарев И.М., Фомин Л.В., Ненашева Т.А. // Химия высоких энергий. 2022. Т. 57. № 23. С. 211–217.
  17. Попов А.А., Рапопорт Н.Я., Заиков Г.Е. Окисление ориентированных и напряженных полимеров. М.: Химия. 1987. С. 168—197.
  18. Далинкевич А.А., Дробышев В.И., Пискарев И.М. // Высокомолек. соед. 1995. Т. 37А. № 11. С. 1868–1873.
  19. Берштейн В.А., Егоров В.М. Дифференциальная сканирующая калориметрия в физико-химии полимеров. Л.: Химия, 1990. С. 197–220.
  20. Шляпников Ю.А., Кирюшкин С.Г., Марьин А.П. Антиокислительная стабилизация полимеров. М.: Химия, 1986. 250 с.
  21. Далинкевич A.A., Пискарев И.М., Шляпников Ю.А. // Высокомолек. соед. 1997. Т. 39А. № 2. С. 222–230.
  22. Перепелкин К.Е. Структура и свойства волокон. М.: Химия, 1985. 208 с.
  23. Марихин В.А., Мясникова Л.П. Надмолекулярная структура полимеров. Л.: Химия, 1977. С. 86–160.
  24. Регель В.Г., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.: Наука, 1972. 190 с.
  25. Замиралов В.С., Кирюшкин С.Г., Пискарев И.М., Китина И.Г., Скубин В.К., Харитонова Г.С. // Высокомолек. соед. 1990. Т(А). 32. № 9. С. 1917–1922.
  26. Кирюшкин С.Г., Шляпников Ю.А. // Высокомолек. соед. 1981. Т(А). 23. № 3. С. 554–558.
  27. Романцев М.Ф., Ларин В.А. Радиационное окисление органических веществ. М.: Атомиздат, 1972. 157 с.
  28. Эмануль Н.М., Бучаченко А.Л. Химическая физика старения полимеров. М.: Наука. С. 167–199.
  29. Сирота А.Г., Верховец А.П., Утевский Л.Е. // Высокомолек. сооед. 1976. Т. 18 Б. № 9. С. 661–664.
  30. Махлис Ф.А. Радиационная физика и химия полимеров. М.: Атомиздат, 1972. 325 с.
  31. Далинкевич А.А., Пискарев И.М., Шляпников Ю.А. // Высокомолек. соед. 1998. Т. 40. А408 8. С. 1294–1303.
  32. Далинкевич А.А., Кирюшкин С.Г., Шляпников Ю.А. // Высокомолек. соед. 1991. Т. 33. Б. № 12. С. 883–893.
  33. Быков Е.В., Быстрицкая Е.В., Карпухин О.Н. // Высокомолек. соед. 1987. Т. 29 A. № 7. С. 1347–1352.
  34. Эмануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики. М.: Высшая школа, 1974. С. 143–147.
  35. Зубов Ю.А., Тихомиров В.С., Чвалун С.Н., Турецкий А.А., Бакеев Н.Ф. // Высокомолек. соед. 1990. Т. 32. A. № 6. С. 1202–1208.
  36. Зубов Ю.А., Селихова В.И., Тихомиров В.С., Бакеев Н.Ф. // Высокомолек. соед. 1991. Т. 33 A. № 9. С. 687–693.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Variation of relative tensile strength of stabilized HDPE fibers as a result of their radiation oxidation in air at different dose rates P of X-rays. T = 295 K. P = 0.02 (1), 0.05 (2), 0.16 (3), 0.3 (4), 2 (5), 5 (6), 10 (7), and 15 GR/s (8). The dashed lines show the values of the ratio σ∞(P)/σ0, which characterizes the limiting reduction of filament strength at a given value of dose rate.

Download (168KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependence of the inhibition dose θτ on the X-ray dose rate during radiation oxidation of inhibited HDPE fibers.

Download (78KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Structural scheme of radiation-oxidative aging of oriented amorphous-crystalline polymer under simultaneous degradation and cross-linking of passing macromolecules.

Download (171KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the logarithm of relative strength on the absorbed dose during radiation oxidation of HDPE fibers. The values of σ∞ for each dose rate correspond to the data of Fig. 1. The values of dose rates are the same as in Fig. 1.

Download (149KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the radiation yield of strength reduction Gσ of polyethylene fibers (HDPE) on the X-ray dose rate.

Download (89KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences