Ин таҳқиқот нишон медиҳад, ки ҳангоми ба як самт сахт ҳамоҳанг шудани занҷирҳои молекулавии тасмаҳои полиэтилени дорои массаи молекулавии ултрабаланд, сахтии механикӣ, гузаронандагии гармӣ ва хосиятҳои оптикӣ бо як таносуб рушд намекунанд. Муҳаққиқон тасмаи DR7-ро бо дараҷаи самтгирии миёна ва таносуби кашиш 7 бо тасмаи DR70-и хеле самтгирифта ва таносуби кашиш 70 бо усулҳои оптикии бетаъсир муқоиса карданд. Бо зиёд шудани самтгирии занҷирҳо, сахтии эластикӣ дар самти кашиш ба таври фавқулода боло рафт, аммо анизотропияи гузаронандагии гармӣ танҳо ба андозаи маҳдуд афзуд.

Суръатҳои фононҳои акустикӣ, ки аз ченкуниҳои парокандашавии рӯшноии Brillouin ба даст омаданд, ба тензори пурраи эластикии орторомбии мавод бо нӯҳ доимии мустақил табдил дода шуданд. Дар намунаи DR70, доимии эластикии c₃₃ дар самти кашиш ба 118,5 GPa ва модули ҳисобшудаи меҳварии Young тақрибан ба 114 GPa расид. Дар муқобил, модули Young дар самти ғафсии тасма тақрибан дар сатҳи 4,9 GPa боқӣ монд. Ҳамин тавр, таносуби байни модулҳои меҳварӣ ва арзии Young, ки дар DR7 тақрибан 3 буд, дар DR70 аз 23 гузашт.

Дар ченкуниҳои терморефлектанс, барои DR7 гузаронандагии гармӣ дар самти кашиш тақрибан 1,40 W·m^-1·K^-1 ва гузаронандагии перпендикуляр ба самти кашиш 0,14 W·m^-1·K^-1 муайян шуд. Дар DR70 ин арзишҳо мутаносибан то тақрибан 3,11 ва 0,28 W·m^-1·K^-1 боло рафтанд. Бо вуҷуди ин, таносуби анизотропияи гармӣ танҳо аз 9,98 то 11,1 афзуд. Дар ҳоле ки анизотропияи механикӣ хеле қавӣ зиёд шуд, тақрибан дар ҳамон сатҳ боқӣ мондани анизотропияи гармӣ нишон медиҳад, ки танҳо суръати баланди садо барои ба вуҷуд овардани гузаронандагии баланди гармӣ кофӣ нест.

Муҳаққиқон ин ҷудошавиро бо пароканда шудани фононҳои интиқолдиҳандаи гармӣ дар сарҳадҳои кристаллӣ-аморфӣ, байни фибрилҳо, дар микроковокиҳо ва дар сарҳадҳои минтақаҳои бо самтгирии гуногун шарҳ медиҳанд. Гарчанде занҷирҳо дар самти кашиш роҳи сахт ва босуръати акустикӣ месозанд, роҳи миёнаи озоди интиқолдиҳандагони гармӣ бо ҳамон таносуб дароз намешавад. Аз ин рӯ, мустаҳкамшавии механикӣ ва рафтори паҳнкунии гармии маводро танҳо бо зиёд кардани таносуби кашиш якҷоя ва ба як андоза танзим кардан мумкин нест.

Аз нигоҳи Туркия, ин натиҷаҳо метавонанд ба тарҳрезии маводҳои самтназоратшаванда барои композитҳои сабук, ламинатҳои чандир, кабелҳо, сохторҳои муҳофизатӣ ва қисмҳои полимерии аз ҷиҳати барқӣ изолятсионӣ ва паҳнкунандаи гармӣ саҳм гузоранд. Аммо таҳқиқот тасмаҳои тиҷоратии дар Туркия истеҳсолшуда, дастгоҳҳои воқеӣ ё шароити дарозмуддати саҳроиро наомӯхтааст. Барои интиқоли натиҷаҳо ба маҳсулоти саноатӣ, миқёси истеҳсол, яксонӣ дар кашиш, минтақаҳои пайваст, хастагӣ, хазиш, пиршавии муҳитӣ ва ҳароратҳои воқеии корӣ бояд алоҳида санҷида шаванд.

Саволи асосии таҳқиқот чист?

Саволи асосии таҳқиқот чунин аст: вақте занҷирҳои полиэтилени дорои массаи молекулавии ултрабаланд тавассути кашиш ба таври қавӣ ба як самт ҳамоҳанг карда мешаванд, оё сахтии эластикӣ, суръати фононҳои акустикӣ, гузаронандагии гармӣ ва нишондиҳандаи шикаст ҳамон самтгирии сохториро ба як дараҷа пайравӣ мекунанд?

Дар полимерҳои самтгирифта, занҷири асосии ковалентии карбон-карбон метавонад дар самти занҷир қобилияти баланди бардоштани бор ва паҳншавии тезтари ларзишро таъмин кунад. Дар муқобил, рафтори байни занҷирҳо, байни фибрилҳо ва байни қабатҳо аз таъсирҳои дуюмдараҷаи заифтар муайян мешавад. Аз ин рӯ, мавод метавонад дар як самт хеле сахт шавад ва дар самтҳои дигар чандир боқӣ монад.

Гузариши гармӣ низ метавонад дар самти занҷир афзояд. Аммо интиқоли гармӣ танҳо аз суръати фонон вобаста нест. То чӣ масофа бе парокандагӣ ҳаракат кардани фононҳо, гузариши онҳо аз интерфейсҳо ва то чӣ андоза хуб пайваст будани минтақаҳои гуногуни сохторӣ низ ҳалкунанда мебошанд. Таҳқиқот анизотропияи механикӣ ва гармиро дар ҳамон намунаҳо чен карда, санҷид, ки оё ин ду рафтор якҷоя миқёс мегиранд ё не.

UHMWPE чист ва чаро самт дода мешавад?

UHMWPE ихтисораи полиэтилени дорои массаи молекулавии ултрабаланд аст. Дар таҳқиқот шарҳ дода мешавад, ки вақте массаи молярии миёна аз рӯи шумора барои полиолефинҳо аз сатҳи як миллион g·mol^-1 мегузарад, онҳо ба синфи пешрафтаи UHMWPE дохил мешаванд. Массаи молярии миёна аз рӯи вазни полимери ибтидоии истифодашуда тақрибан 19,4 миллион g·mol^-1, ҳарорати гудозиш тақрибан 141 °C ва дараҷаи кристаллӣ тақрибан 81 фоиз аст.

Массаи молекулавии хеле баланд дар баробари хосиятҳои қавии механикӣ ва муқовимат ба фарсудашавӣ ва кимиёвӣ, часпакии гудохтаро низ хеле баланд мекунад. Ин коркарди анъанавиро аз ҳолати гудохта душвор месозад. UHMWPE-и бо печидагии камшуда, ки дар таҳқиқот истифода шуд, бе ҳалкунанда дар ҳолати сахт коркард ва бо кашиши якмеҳварӣ ба шакли тасма табдил дода шуд.

Ҳадафи коркарди ҳолати сахт ин аст, ки бе пурра гудохтани полимер занҷирҳо ва сохторҳои кристаллӣ дар самти кашиш тартиб дода шаванд. Ҳамин тавр, дар дохили полимери камзич ва хамшаванда сахтии баланди меҳварӣ ба даст овардан мумкин аст.

Тасмаҳои DR7 ва DR70 чӣ гуна омода шуданд?

Хокаи UHMWPE-и бо печидагии камшуда дар 125 °C, яъне поёнтар аз ҳарорати гудозиш, ва зери қувваи 125 kN барои 10 дақиқа фишурда шуда, ба варақҳои тақрибан 1,4 mm ғафсӣ табдил дода шуд.

Сипас варақҳо:

• Дар 130 °C ғелонда шуданд,
• Аз ғалтакҳои диаметрашон 150 mm истифода шуд,
• Фосилаи ғалтакҳо 0,15 mm танзим шуд,
• Қувваи назоратшавандаи кашиш татбиқ гардид,
• Дар рӯи плитаи гарми дарозиаш 90 cm дар ду марҳила кашида шуданд.

Дар намунаҳои қисман кашидашуда барои интиқоли қувваи макроскопӣ ба занҷирҳои молекулавӣ ҳароратҳои кашиш болотар аз 140 °C истифода шуданд. Таносуби кашиш аз таносуби зичиҳои хаттӣ пеш ва пас аз кашиш ҳисоб карда шуд.

Барои ҳамвории кристаллии интихобшуда параметри идеалии самтгирӣ -0,5 аст. Арзиши -0,49-и DR70 ба самтгирии қариб комил нисбат ба меҳвари занҷир ишора мекунад. Аломати манфӣ самтгирии физикии баръаксро не, балки қоидаи аломатгузории ҳамвории кристаллӣ ва таърифи самтгирии Herman-ро, ки дар таҳқиқот истифода шудааст, инъикос мекунад.

Дар Шакли 1-и таҳқиқот тасвири WAXD-и DR7 камонҳои васеи дифраксионӣ нишон медиҳад, дар ҳоле ки дар DR70 ин камонҳо ба нуқтаҳои тез табдил меёбанд. Ин тағйир нишон медиҳад, ки минтақаҳои кристаллӣ дар самти кашиш тақсимоти тангтари самтгирӣ доранд.

Се самти асосии намуна чӣ гуна муайян шуданд?

Дар таҳқиқот ҳамаи натиҷаҳои эластикӣ, оптикӣ ва гармӣ бо як системаи координатӣ муайян шудаанд:

• x₃ ё [001]: Самти кашиш ва самтгирии бартарии занҷирҳои полимерӣ
• x₂ ё [010]: Дар ҳамвории тасма, самти перпендикуляр ба кашиш
• x₁ ё [100]: Самти перпендикуляр ба сатҳ ва ғафсии тасма

Ин фарқгузорӣ муҳим аст, зеро хосияти “арзӣ” метавонад самти арзӣ дар ҳамвории тасма ё самти ғафсии тасмаро ифода кунад. Таҳлили эластикӣ ин ду самтро алоҳида баррасӣ кард. Дар таҳлили гармӣ бошад, самтҳои x₁ ва x₂ баробар дониста шуда, фарзияи изотропияи арзӣ истифода шуд.

Парокандашавии рӯшноии Brillouin чиро чен мекунад?

Парокандашавии рӯшноии Brillouin тағйири хеле хурди басомадро чен мекунад, ки аз таъсири мутақобилаи рӯшноӣ бо мавҷҳои акустикӣ ё фононҳои гармии мавҷуд дар дохили мавод ба вуҷуд меояд. Ларзишҳои ченшуда дар ин таҳқиқот дар басомадҳои гигагерц, хеле болотар аз доираи шунавоии инсон мебошанд.

Тағйири басомади рӯшноии пароканда ба басомади фонони акустикӣ бо вектори муайяни мавҷ баробар аст. Дар наздикшавии хаттии акустикӣ суръати фонон:

\[ v=\frac{2\pi f}{q} \]

бо ин ифода алоқаманд аст. Дар ин ҷо f тағйири басомади Brillouin ва q бузургии вектори мавҷи акустикӣ мебошад.

Вақте зичӣ маълум аст, суръатҳои акустикӣ имкон медиҳанд доимиҳои эластикӣ муайян шаванд. Муносибати содакардашудаи миқёсӣ:

\[ c_{ij}\sim \rho v^{2} \]

аст. Дар ин ҷо ρ зичии мавод ва c_ij ҷузъи тензори эластикиро ифода мекунад.

Ҳисобкунии пурра бо истифода аз муодилаи Christoffel анҷом дода шуд:

\[ \left(\Gamma_{ik}-\rho v^{2}\delta_{ik}\right)u_k=0 \]

\[ \Gamma_{ik}=c_{ijkl}n_jn_l \]

n самти паҳншавии мавҷ, u вектори поляризатсия ва Γ матритсаи Christoffel-ро нишон медиҳад. Басомадҳои шохаҳои акустикии тӯлонӣ ва арзӣ, ки дар кунҷҳои гуногун чен шуда буданд, якҷоя мувофиқ карда шуда, доимиҳои эластикӣ истихроҷ шуданд.

Чаро се геометрияи гуногуни BLS истифода шуданд?

Тензори пурраи эластикии маводи орторомбӣ нӯҳ доимии мустақил дорад. Аз як сатҳ ва як геометрияи оптикӣ ҳамаи ин доимиҳоро алоҳида муайян кардан мумкин нест. Аз ин рӯ, муҳаққиқон аз се тарҳи ченкунии ҳамдигарро пуркунанда истифода карданд.

Геометрияи якуми BLS чӣ дод?

Дар марҳилаи аввал геометрияи интиқоли 90A истифода шуд. Дар ин геометрия вектори мавҷи акустикӣ дар ҳамвории (100), ки ба сатҳи тасма параллел аст, ҷойгир мешавад. Бузургии вектори мавҷ аз нишондиҳандаи шикаст мустақил аст:

\[ q=\frac{2\pi\sqrt{2}}{\lambda_0} \]

Самти мавҷ аз самти кашиш ба самти арзӣ гардонида шуда, се шохаи акустикӣ мушоҳида шуд:

• Моди қариб тӯлонии qL
• Моди босуръати қариб арзии qT1
• Моди сусти қариб арзии qT2

Дар намунаи DR70 басомади qL ҳангоми аз ҳолати параллел ба меҳвари кашиш ба ҳолати перпендикуляр гардонидани самти паҳншавӣ аз тақрибан 28 GHz то 7 GHz коҳиш ёфт. Ин тағйири тез ҳатто пеш аз ҳисоб шудани доимиҳои эластикӣ анизотропияи қавии акустикиро намоён мекунад.

Аз ин геометрия c₂₂, c₃₃, c₄₄, c₅₅, c₆₆ ва c₂₃ муайян шуданд.

Геометрияҳои дуюм ва сеюми BLS чӣ доданд?

Дар марҳилаи дуюм геометрияи бозпарокандашавии ҳалшуда аз рӯи кунҷ истифода шуда, вектори мавҷи акустикӣ дар ҳамвории (001), ки ба самти кашиш перпендикуляр аст, скан карда шуд. Дар ин геометрия бузургии вектори мавҷ ба нишондиҳандаи шикасти n₃ вобаста аст:

\[ q=\frac{4\pi n_3}{\lambda_0} \]

Аз ин ченкунӣ c₁₁, c₁₂ ва n₃ истихроҷ шуданд.

Дар марҳилаи сеюм намуна нисбат ба нормали сатҳ 90 дараҷа гардонида шуда, вектори мавҷи акустикӣ дар ҳамвории (010) скан карда шуд. Дар ин ҳолат:

\[ q=\frac{4\pi n_2}{\lambda_0} \]

муносибат истифода шуда, c₁₃ ва n₂ муайян шуданд. Нишондиҳандаи боқимондаи шикасти n₁ аз ченкуниҳои иловагии бозпарокандашавӣ бо поляризатсияи дигари рӯшноӣ гирифта шуд.

Шохаҳои сусти “интиқоли сунъӣ” дар Шакли 2 бештар барои санҷиши мутобиқати дохилии натиҷаҳо истифода шуданд, на барои гирифтани параметрҳои асосӣ.

Тензори пурраи эластикӣ кадом арзишҳоро дод?

Барои симметрияи орторомбӣ тензори эластикӣ дар навишти Voigt чунин сохтор дорад:

\[ \mathbf{C}= \begin{bmatrix} c_{11}&c_{12}&c_{13}&0&0&0\\ c_{12}&c_{22}&c_{23}&0&0&0\\ c_{13}&c_{23}&c_{33}&0&0&0\\ 0&0&0&c_{44}&0&0\\ 0&0&0&0&c_{55}&0\\ 0&0&0&0&0&c_{66} \end{bmatrix} \]

Гузориш шудааст, ки ҳар ду тензори эластикии ҳисобшуда мусбатмуайян буда, шартҳои устувории механикиро қонеъ мекунанд.

Фарқи байни доимии эластикӣ ва модули Young чист?

Ҷузъҳои тензор, ба монанди c₃₃, муносибати шиддат-ҷавобро дар ҳолати муайяни деформатсия тавсиф мекунанд. Модулҳои Young, ки дар муҳандисӣ истифода мешаванд, тағйироти озоди шаклро дар самтҳои дигар ба ҳисоб гирифта, аз тариқи матритсаи мутобиқат ҳисоб карда мешаванд.

Матритсаи мутобиқати эластикӣ:

\[ \mathbf{S}=\mathbf{C}^{-1} \]

ба даст оварда мешавад. Модулҳои Young дар самтҳои асосӣ умуман:

\[ E_i=\frac{1}{s_{ii}} \]

бо ин муносибат ҳисоб мешаванд. Модулҳои лағжиш ва таносубҳои Poisson низ аз ҳамин матритсаи мутобиқат гирифта шуданд.

Таносуби кашиш сахтии меҳвариро чӣ қадар тағйир дод?

Ҳангоми гузариш аз DR7 ба DR70 таносуби суръати садои тӯлонӣ байни меҳвар ва самти арзӣ аз 1,45 то 3,78 зиёд шуд. Анизотропияи модули Young бошад, хеле тезтар тағйир ёфт:

• Дар DR7 таносуби байни модулҳои меҳварӣ ва арзии Young тақрибан 3 аст.
• Дар DR70 ин таносуб аз 23 гузаштааст.
• Модули меҳварии Young-и DR70, E₃₃, тақрибан 114 GPa аст.
• E₁₁ дар самти ғафсӣ тақрибан дар сатҳи 4,9 GPa боқӣ мондааст.

Дар Шакли 3 диаграммаи қутбии механикии DR7 аз меҳвари кашиш ба самти арзӣ гузариши ҳамвор ва гирд нишон медиҳад, дар ҳоле ки диаграммаи DR70 ба сохтори хеле борик ва сӯзанмонанд табдил меёбад. Ин шакл нишон медиҳад, ки бардоштани бор аз шабакаи васеи сохторӣ тадриҷан ба скелети ковалентии занҷирҳо, ки дар самти кашиш ҳамоҳанг шудаанд, мегузарад.

Ҳатто каме дуршавии кунҷӣ аз меҳвари кашиш боис мешавад бор аз самти сахти занҷир ба сохтори мулоимтари байнифибрилӣ ва байнизанҷирӣ гузарад. Аз ин рӯ, DR70 сахтии хеле баланди меҳвариро бо сахтии пасти арзӣ дар як сохтор муттаҳид мекунад.

Оё иҷрои механикии DR70 бо металлҳо ва нахҳо яксон аст?

Таҳқиқот модули меҳварии Young-и DR70-ро наздик ба доираи нахҳои арамидии модули баланд ва тақрибан 55 фоизи нахи стандартии карбон муқоиса мекунад. Аз сабаби зичии пасти полиэтилен, сахтии хоси он тақрибан чор маротиба аз пӯлоди сохторӣ баландтар арзёбӣ шудааст.

Ин муқоисаҳо танҳо ба модули эластикӣ ва зичӣ асос ёфтаанд. Дар таҳқиқот барои DR70 мустаҳкамии кашишӣ, тобоварии шикаст, зарба, хастагӣ ё хазиши дарозмуддат чен нашудааст. Аз ин рӯ, хулосаи “ҷойгузини нахи карбон ё пӯлод аст” баровардан мумкин нест.

Чаро модулҳои лағжиш дар самтҳои гуногун рафтори гуногун нишон доданд?

Ҳангоми зиёд кардани таносуби кашиш се модули лағжиш як хел тағйир наёфтанд:

• G₁₂-и арзӣ, ки аз самти кашиш комилан мустақил аст, тақрибан 30 фоиз афзуд.
• G₂₃, ки дар ҳамвории тасма меҳвари кашишро дар бар мегирад, тақрибан 30 фоиз афзуд.
• G₁₃, ки меҳвари кашишро бо самти ғафсӣ мепайвандад, тақрибан 50 фоиз коҳиш ёфт.

Афзоиши G₁₂ ва G₂₃ бо баста шудани холигиҳо, беҳтар шудани тамоси байни фибрилҳо ва зичтар шудани сохтор дар ҳамвории тасма алоқаманд карда шуд. Коҳиши G₁₃ бошад, бо кам шудани печиши занҷирҳо ва осонтар лағжидани қабатҳои фибрилӣ дар самти ғафсӣ шарҳ дода шуд.

Барои DR70 таносуби E₃₃/G₁₃ тақрибан 88 аст. Ин таносуби ғайриоддӣ нишон медиҳад, ки мавод метавонад дар самти кашиш бори баланд бардорад, аммо дар баъзе ҳаракатҳои хамшавӣ ва тобхӯрӣ нисбатан мутобиқ боқӣ монад.

Таносубҳои Poisson чиро нишон медиҳанд?

Дар ҳамвории арзӣ ν₁₂ ва ν₂₁ тақрибан 0,55 муайян шуданд. Дар маводҳои изотропӣ таносуби Poisson болотар аз 0,5 метавонад аз нигоҳи устуворӣ мушкил бошад, аммо дар эластикии анизотропӣ чунин арзишҳо имконпазиранд, агар тамоми тензор шартҳои устуворӣ ва мутақобилиятро қонеъ кунад.

Барои DR70:

• ν₃₁ ва ν₃₂ тақрибан 0,43 мебошанд.
• ν₁₃ ва ν₂₃ тақрибан 0,02 мебошанд.

Ин асимметрия нишон медиҳад, ки шиддати ба меҳвари кашиш татбиқшуда метавонад деформатсияи арзиро ба вуҷуд орад, аммо шиддати арзӣ дар самти меҳварии занҷир деформатсияи хеле кам ҳосил мекунад. Дар маводҳои орторомбӣ ν_ij ва ν_ji ҳатман баробар нестанд; муносибати мутақобилии эластикӣ якҷоя бо модулҳо иҷро мешавад.

Анизотропияи оптикӣ чӣ гуна тағйир ёфт?

Нишондиҳандаҳои шикасти арзӣ асосан тағйир наёфтанд, дар ҳоле ки n₃ дар самти кашиш зиёд шуд. Барои DR70 дугонашикастагӣ тақрибан Δn = 0,085 арзёбӣ шуд. Ин анизотропияи оптикӣ аломати мустақилест, ки самтгирии занҷирҳои полимерӣ ва сохторҳои кристаллиро дастгирӣ мекунад.

Бо вуҷуди ин, таҳқиқот гузариши оптикӣ, талафоти парокандагӣ ё иҷрои ягон дастгоҳи оптикиро чен накардааст. Натиҷаҳои оптикӣ асосан ба вобастагии нишондиҳандаи шикаст аз самт маҳдуданд.

Гузаронандагии гармӣ чӣ гуна чен карда шуд?

Ду усули бетаъсири терморефлектанси ҳамдигарро пуркунанда истифода шуданд:

• Терморефлектанси домени басомад, FDTR: Гузаронандагии гармиро дар самти ғафсии тасма муайян кард.
• Термометрияи анизотропии терморефлектанс, ATT: Паҳншавии гармиро дар кунҷҳои гуногун дар ҳамвории тасма муайян кард.

Дар FDTR тағйири ҳарорате, ки лазери насоси модулятсияшуда ба вуҷуд меорад, тавассути таъхири фаза дар рӯшноии зондии инъикосшуда пайгирӣ шуд. Дар басомадҳои баланд умқи нуфузи гармӣ кам мешавад, бинобар ин ченкунӣ ба интиқоли гармӣ дар самти ғафсӣ ҳассос мегардад. Маълумоти фаза бо модели бисёрқабатаи интиқоли гармӣ мувофиқ карда шуд.

Дар ATT шуои насоси хатшакл профили тақрибан якченакаи ҳароратро ба вуҷуд овард. Гузаронандагии самараноки гармӣ дар самти перпендикуляр ба хат аз тағйири ҷавоби гармоникии ҳарорат вобаста ба басомади модулятсия гирифта шуд. Хат нисбат ба самти кашиш дар кунҷҳои гуногун гардонда шуда, сканҳои кунҷӣ бо фосилаи 5 дараҷа анҷом дода шуданд.

Тензори гармӣ чӣ гуна муайян карда шуд?

Барои симметрияи орторомбӣ тензори гармӣ дар самтҳои асосӣ:

\[ \boldsymbol{\kappa}= \begin{bmatrix} \kappa_{11}&0&0\\ 0&\kappa_{22}&0\\ 0&0&\kappa_{33} \end{bmatrix} \]

мебошад.

Муҳаққиқон дар таҳлили гармӣ фарзияи изотропияи арзиро дар атрофи меҳвари кашиш истифода карданд:

\[ \kappa_{11}=\kappa_{22}=\kappa_{\perp} \]

\[ \kappa_{33}=\kappa_{\parallel} \]

Таносуби анизотропияи гармӣ:

\[ \eta=\frac{\kappa_{\parallel}}{\kappa_{\perp}} \]

муайян карда шуд.

Натиҷаҳои гузаронандагии гармӣ кадоманд?

Графикҳои кунҷии гузаронандагии гармӣ дар Шакли 4 сохтори дуқутба нишон медиҳанд. Баландтарин гузаронандагӣ дар самти кашиш ва пасттарин гузаронандагӣ дар самти перпендикуляр ба кашиш ба вуҷуд омад.

Дар DR70 гузаронандагии гармӣ дар самти кашиш нисбат ба DR7 ба таври назаррас боло рафт. Аммо азбаски гузаронандагии перпендикуляр ба кашиш низ ду баробар афзуд, таносуби анизотропияи гармӣ аз тақрибан 10 танҳо то 11 баланд шуд.

Чаро гузаронандагии гармии перпендикуляр ба кашиш паст буд?

Арзиши 0,14 W·m^-1·K^-1-и DR7 аз сатҳи чанд даҳяки W·m^-1·K^-1, ки дар манбаъҳо барои полиэтилени зич ва изотропӣ дода мешавад, пасттар аст. Муҳаққиқон ин фарқро бо сохтори иерархии тасмаи дар ҳолати сахт коркардшуда алоқаманд карданд.

Ҳангоми ҷараёни гармӣ дар самти ғафсӣ фононҳо метавонанд пайдарпай бо ин муқовиматҳо рӯ ба рӯ шаванд:

• Сарҳадҳои байни фибрилҳо
• Тамосҳои байни ламеллаҳо
• Минтақаҳои кристаллии дорои печиши занҷир
• Интерфейсҳои кристаллӣ-аморфӣ
• Микроковокиҳо
• Нуқтаҳои тамоси нопурра ё заиф

Ин интерфейсҳо мисли муқовиматҳои гармии пайдарпай дар самти ғафсӣ амал мекунанд. Дар DR70 кашиш боис шуд баъзе ковокиҳо баста ва пайвастагии байни минтақаҳо беҳтар шавад, аз ин рӯ κ_⊥ афзуд. Бо вуҷуди ин, ҷараёни гармӣ ҳанӯз ҳам аз пайвастагии байни фибрилҳо маҳдуд мешавад.

Чаро гузаронандагии гармӣ аз арзишҳои баланди UHMWPE-и қаблан гузоришшуда пасттар аст?

Гузаронандагии меҳварии ченшудаи DR70 дар таҳқиқот тақрибан 3,11 W·m^-1·K^-1 аст. Муҳаққиқон қайд мекунанд, ки дар тасмаҳои UHMWPE бо таносуби баланди кашиш, ки бо роҳҳои дигари истеҳсол омода шудаанд, арзишҳои даҳҳо W·m^-1·K^-1 гузориш шудаанд.

Барои ин фарқ омилҳои зерин муҳокима шуданд:

• Анҷом додани раванди кашиш бо плитаи гарм ва ғалтакҳои назоратшаванда
• Фарқ кардани дарозшавии занҷир ва интиқоли меҳварии бор аз усулҳои дигари коркард
• Фарқ кардани андозаи фибрилҳо ва минтақаҳои кристаллӣ
• Намунагирии миқёсҳои гуногуни вақт ва дарозӣ аз ҷониби усулҳои ченкунӣ
• Сарҳадҳои минтақа ва муқовиматҳои гармии интерфейсӣ
• Маҳдуд шудани роҳи миёнаи озоди интиқолдиҳандагони гармӣ

Аз ин рӯ, танҳо монанд будани таносуби кашиш кафолат намедиҳад, ки тасмаҳои дар лабораторияҳои гуногун истеҳсолшуда гузаронандагии гармии якхела дошта бошанд.

Чаро анизотропияи механикӣ ва гармӣ якҷоя миқёс нагирифтанд?

Ҳангоми гузариш аз DR7 ба DR70:

• c₃₃ тақрибан 7,5 маротиба афзуд.
• Таносуби суръати садои тӯлонӣ байни меҳвар ва самти арзӣ аз 1,45 то 3,78 зиёд шуд.
• Анизотропияи модули Young аз тақрибан 3 то беш аз 23 расид.
• Анизотропияи гармӣ танҳо аз 9,98 то 11,1 афзуд.

Суръати садо нишон медиҳад, ки мавҷи эластикӣ бо басомад ва дарозии мавҷи муайян чӣ қадар тез паҳн мешавад. Гузаронандагии гармиро дар наздикшавии содакардашудаи фононӣ метавон чунин тасаввур кард:

\[ \kappa \sim \frac{1}{3} C_v v \Lambda \]

Дар ин ҷо C_v иқтидори гармии ҳаҷмӣ, v суръати фонон ва Λ роҳи миёнаи озодро ифода мекунанд.

Ҳатто агар кашиш суръати фононро дар самти занҷир зиёд кунад, роҳи миёнаи озод метавонад бо ҳамон таносуб зиёд нашавад. Сарҳадҳои фибрилҳо, минтақаҳои аморфӣ ва минтақаҳои сустпайвастшуда интиқолдиҳандагони гармиро пароканда карданро идома медиҳанд. Илова бар ин, фононҳои тӯлонии GHz, ки BLS чен мекунад, танҳо қисми спектри ларзишҳое мебошанд, ки дар интиқоли умумии гармӣ иштирок мекунанд.

Аз ин рӯ, сахтии баланди эластикӣ худ ба худ маънои гузаронандагии баланд ва мутаносиби гармиро надорад.

Муҳимтарин паёми тарҳрезии таҳқиқот чист?

Самтгирӣ хосиятҳои полимерро мисли як тугма дар як самт ва бо як таносуб тағйир намедиҳад. Вақте таносуби кашиш хеле зиёд карда мешавад:

• Сахтии механикии меҳварӣ метавонад фавқулода афзояд.
• Баъзе модулҳои лағжиш сахттар шаванд, дар ҳоле ки модули дигари лағжиш мулоимтар шавад.
• Дугонашикастагии оптикӣ метавонад афзояд.
• Гузаронандагии меҳварии гармӣ зиёд мешавад.
• Таносуби анизотропияи гармӣ бошад, метавонад нисбатан доимӣ боқӣ монад.

Ин ҷудошавӣ ҳам маҳдудият ва ҳам имконияти тарҳрезист. Вазифаҳои бардоштани бори механикӣ ва паҳн кардани гармиро на танҳо бо самтгирии занҷир, балки бо танзими алоҳидаи пайвастагии фибрилҳо, интерфейсҳои кристаллӣ-аморфӣ, ғафсии қабат ва сарҳадҳои минтақа метавон мустақилона оптимизатсия кард.

Таҳқиқот кадом натиҷаҳоро дастгирӣ мекунад?

• Дар тасмаҳои UHMWPE-и дар ҳолати сахт кашидашуда сахтии меҳварии эластикӣ бо таносуби кашиш хеле қавӣ меафзояд.
• Модули Young-и намунаи DR70 дар самти кашиш тақрибан ба 114 GPa расид.
• Модулҳои эластикии арзӣ дар сатҳи полимер боқӣ монда, бо кашиш танҳо маҳдуд тағйир ёфтанд.
• Модулҳои лағжиш бо кашиш яксон рафтор накарданд; G₁₃ коҳиш ёфт, дар ҳоле ки G₁₂ ва G₂₃ афзуданд.
• Нишондиҳандаи шикаст ва дугонашикастагии оптикӣ дар самти кашиш афзуд.
• Дар ҳар ду тасма дар самти кашиш тақрибан даҳ маротиба баландтар интиқоли гармӣ дида шуд.
• Гузаронандагии меҳварии гармии DR70 аз DR7 баландтар буд.
• Анизотропияи механикӣ нисбат ба анизотропияи гармӣ хеле қавитар афзуд.
• Ин фарқ нақши ҳалкунандаи пайвастагии байни минтақаҳо ва парокандашавии фононҳоро дар интиқоли гармӣ дастгирӣ мекунад.

Таҳқиқот кадом натиҷаҳоро исбот намекунад?

• Нишон дода нашудааст, ки тасмаи DR70 аз рӯи ҳамаи хосиятҳо бо нахи карбон, арамид, пӯлод ё алмос баробар аст.
• Гузаронандагии гармии ченшудаи тақрибан 3,11 W·m^-1·K^-1 аз ҷиҳати ададӣ гузаронандагии сатҳи алмос нест.
• Таҳқиқот мустаҳкамии кашишӣ, дарозшавӣ ҳангоми кандашавӣ, тобоварии шикаст ё муқовимати зарбаро чен накардааст.
• Хазиши дарозмуддат, хастагӣ ва пиршавии муҳитӣ омӯхта нашудаанд.
• Тасмаҳо дар дохили системаи воқеии сардкунии электронӣ, муҳофизати баллистикӣ ё ламинати сохторӣ санҷида нашудаанд.
• Исбот нашудааст, ки хосиятҳои гармӣ ва механикӣ танҳо ба таносуби кашиш вобастаанд.
• Нишон дода нашудааст, ки ҳамин тамоюлҳо дар таносубҳои кашиши аз DR70 баландтар идома меёбанд.
• Нишон дода нашудааст, ки рафтори эластикӣ дар басомади GHz ҳамаи боргузориҳои механикии басомади паст ё дарозмуддатро айнан ифода мекунад.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот кадоманд?

• Манбаъ preprint-и бе баррасии ҳамтоён аст.
• Танҳо ду таносуби кашиш, DR7 ва DR70, муқоиса шудаанд.
• Дар гурӯҳи асосии таҷрибавӣ намунаи мустақими назоратии аз ҳамон маводи накашида ё изотропӣ омодашуда вуҷуд надорад.
• Тензори пурраи эластикӣ ба фарзияҳои симметрияи орторомбӣ ва эластодинамикаи пайваста такя мекунад.
• Фарз шудааст, ки доимиҳои эластикӣ дар доираи GHz аз басомад мустақиланд.
• Ченкуниҳои Brillouin ҷавоби механикии басомади баланд ва миқёси хурди дарозиро ифода мекунанд.
• Дар таҳлили гармӣ фарзияи изотропияи арзии κ₁₁ = κ₂₂ истифода шудааст.
• Се ҷузъи тензори гармӣ бо таҷрибаҳои комилан мустақил алоҳида чен нашудаанд.
• Гузаронандагии меҳварии гармӣ аз якҷоя кардани таносуби ченшудаи анизотропия бо ҷузъи арзии аз FDTR гирифташуда ҳисоб карда шудааст.
• Тағйирпазирӣ байни силсилаҳои намуна ё партияҳои истеҳсолӣ ба таври муфассал гузориш нашудааст.
• Маълумот дар анбори кушода нашр нашудааст; гуфта шудааст, ки онро бо дархости асоснок аз муаллифи масъул гирифтан мумкин аст.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Хулосаи техникии истеҳсоли мавод

Ҷараёни кори тавсифкунӣ

Муқоисаи натиҷаҳои асосии DR7 ва DR70

Маълумотро чӣ гуна ба тарҳрезии мавод интиқол додан мумкин аст?

Тензори пурраи эластикӣ нисбат ба танҳо модули кашиши меҳварӣ маълумоти бештари тарҳрезӣ медиҳад. Барои моделсозии рафторҳои зерин дар ламинатҳо, тасмаҳо ё сохторҳои нахдор модулҳои лағжиш ва таносубҳои Poisson заруранд:

• Хамшавӣ
• Тобхӯрӣ
• Интиқоли бор байни қабатҳо
• Фишуриши арзӣ
• Чиншавии маҳаллӣ
• Интиқоли шиддат дар минтақаҳои пайваст ва часпанда

Тензори гармӣ бошад, нишон медиҳад, ки гармӣ дар тӯли тасма зуд паҳн шуда, дар самтҳои ғафсӣ ва арзӣ сусттар ҳаракат мекунад. Ин хосиятро дар сохторҳои аз ҷиҳати барқӣ изолятсионӣ, ки дар онҳо роҳнамоии гармӣ ба самти муайян лозим аст, метавон омӯхт.

Бо вуҷуди ин, гузаронандагиҳои гармии дар таҳқиқот ченшуда аз ҷиҳати ададӣ ба сатҳи паҳнкунандагони гармии металлии баландсифат ё алмос намерасанд. Бартарии асосии мавод дар якҷоя шудани зичии паст, изолятсияи барқӣ, чандирӣ ва рафтори механикии самтнок дар як тасмаи полимерӣ аст.

Пеш аз истифодаи воқеӣ кадом санҷишҳо заруранд?

• Силсилаи низомманд бо таносубҳои бештари кашиш ва намунаи назоратии накашида
• Такроршавандагӣ байни партияҳои гуногуни истеҳсолӣ
• Озмоишҳои макроскопӣ ва басомади пасти кашиш, хамшавӣ ва тобхӯрӣ
• Мустаҳкамии кашишӣ, дарозшавӣ ҳангоми кандашавӣ ва тобоварии шикаст
• Хазиш ва хастагии дарозмуддат
• Нигоҳ доштани хосиятҳо зери давраҳои ҳарорат ва намӣ
• Муносибати мустақими микросохторӣ байни пайвастагии фибрилҳо ва муқовимати гармӣ
• Тасдиқи мустақили ҷузъҳои κ₁₁ ва κ₂₂
• Муқовимати гармии интерфейсӣ дар ламинатҳои воқеӣ ва минтақаҳои пайваст
• Миқёсбандии истеҳсол ва яксон будани самтгирӣ дар тӯли тасма

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

• Номи пурраи аслии таҳқиқот: Divergent Elastic, Thermal, and Optical Anisotropy in Highly Oriented Ultra-High Molecular Weight Polyethylene Tapes
• Муаллифон: Karolina Mielnik, Kai Xu, Bernhard Dörling, Jiayi Zhao, Juan Sebastian Reparaz, Sanjay Rastogi, George Fytas, Bartłomiej Graczykowski
• Тартиби муаллифон: Karolina Mielnik муаллифи якум, Kai Xu дуюм, Bernhard Dörling сеюм, Jiayi Zhao чорум, Juan Sebastian Reparaz панҷум, Sanjay Rastogi шашум, George Fytas ҳафтум ва Bartłomiej Graczykowski ҳаштум мебошанд.
• Ҳаммуаллифи якум: Изҳороти саҳми баробар ё ҳаммуаллифии якум вуҷуд надорад.
• Муаллифони масъул: Sanjay Rastogi ва Bartłomiej Graczykowski
• Муассисаи 1: Faculty of Physics and Astronomy, Adam Mickiewicz University, Poznan, Poland
• Муассисаи 2: Institut de Ciència de Materials de Barcelona, ICMAB-CSIC, Cerdanyola del Vallès, Spain
• Муассисаи 3: Physical Science and Engineering Division, King Abdullah University of Science and Technology, Thuwal, Saudi Arabia
• Муассисаи 4: Max Planck Institute for Polymer Research, Mainz, Germany
• Муассисаи 5: Institute of Electronic Structure and Laser, FO.R.T.H., Heraklion, Greece
• DOI:10.2139/ssrn.7201324
• Платформаи нашр: SSRN
• Сабти дуюмдараҷаи муассисавӣ: Бойгонии муассисавии King Abdullah University of Science and Technology
• Маҷалла: Маҷаллаи мушаххаси ҳамто-тақризшуда ё версияи қабулшудаи нашр тасдиқ нашудааст.
• Соли нашр: 2026
• Навъи манбаъ: Таҳқиқоти таҷрибавии preprint, ки истеҳсоли мавод, тавсифи сохторӣ ва ченкуниҳои оптикии бетаъсирро дар бар мегирад
• Вазъи баррасии ҳамтоён: Аз баррасии ҳамтоён нагузаштааст.
• Пайванди расмии таҳқиқот:Саҳифаи расмии таҳқиқот дар SSRN

Тибқи изҳороти саҳми муаллифон, Bartłomiej Graczykowski, Karolina Mielnik ва George Fytas таҷрибаҳои BLS-ро тарҳрезӣ, иҷро ва таҳлил карданд. Kai Xu, Bernhard Dörling ва Juan Sebastian Reparaz ченкуниҳои терморефлектансро анҷом дода, таҳлил карданд. Jiayi Zhao ва Sanjay Rastogi тасмаҳои UHMWPE-ро омода ва тавсиф карданд. George Fytas, Sanjay Rastogi ва Bartłomiej Graczykowski лоиҳаро роҳбарӣ карданд. Лоиҳаи аввалини матнро Bartłomiej Graczykowski омода кард, ҳамаи муаллифон натиҷаҳоро муҳокима намуда, ба раванди навиштан саҳм гузоштанд.

Таҳқиқот бо дастгирии Маркази миллии илмии Лаҳистон OPUS Grant UMO-2021/41/B/ST5/03038 ва King Abdullah University of Science and Technology BAS/1/1407-01-01 анҷом дода шуд. Муаллифон ягон манфиати молиявии рақобаткунандаи маълум ё муносибати шахсие, ки метавонад ба таҳқиқот таъсир расонад, гузориш надодаанд. Қайд шудааст, ки маълумотро бо дархости асоснок аз муаллифи масъул гирифтан мумкин аст.

Тибқи изҳороти зеҳни сунъии таҳқиқот, ChatGPT ва Grammarly танҳо барои грамматика, имло ва ислоҳи забонӣ истифода шудаанд. Қайд шудааст, ки муҳтавои илмӣ, тафсири маълумот, натиҷаҳо ва матни ниҳоӣ аз ҷониби муаллифон омода ва тасдиқ шудаанд ва масъулияти илмӣ бар дӯши муаллифон аст.

Ин шарҳи тоҷикӣ пас аз баррасии матни асосии таҳқиқот, ҷадвали параметрҳои эластикӣ ва оптикӣ, тасвирҳои WAXD, се геометрияи BLS, харитаҳои дисперсияи акустикӣ, графикҳои қутбии механикӣ ва ченкуниҳои гармии FDTR/ATT омода шудааст. Ягон мустаҳкамии механикӣ, иҷрои гармӣ ё муваффақияти татбиқие, ки дар таҳқиқот набуд, илова нашудааст. Манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи библиографии номи пурраи муаллифон, DOI, платформаи нашр ва вазъи preprint истифода шудаанд.

Натиҷаҳо ба тасмаҳои UHMWPE бо ду таносуби муайяни кашиш ва роҳи муайяни истеҳсоли ҳолати сахт тааллуқ доранд. Бояд дар хотир дошт, ки тензори гармӣ ба фарзияи изотропияи арзӣ ва тензори эластикии BLS ба симметрияи орторомбӣ ва наздикшавии пайвастаи басомади баланд такя мекунанд. Таҳқиқот нишон медиҳад, ки сахтии механикӣ ва интиқоли гармӣ ба самтгирии полимер бо як таносуб ҷавоб намедиҳанд, аммо барои ҳамаи усулҳои истеҳсоли UHMWPE муносибати универсалии ададӣ пешниҳод намекунад.