Structure - property Relationships in High - strength High - modulus Polyethyelene Fibres

Karacan, I.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Structure - property Relationships in High - strength High - modulus Polyethyelene Fibres

Autorzy

Karacan I.

Wybrane pełne teksty z tego czasopisma

Identyfikatory

Warianty tytułu

Zależności pomiędzy strukturą i właściwościami wysokowytrzymałych, wysokomodułowych włókien polietylenowych

Języki publikacji

Abstrakty

Six commercially available high-strength, high-modulus polyethylene fibres have been studied with the aim of developing a deeper understanding of their structure-property relationships. Structural studies have been carried out on the measurement of crystallite size and orientation parameters using a wide range of techniques including optical microscopy, thermal analysis and wide-angle X-ray diffraction techniques, together with polarised IR spectroscopy. Birefringence, melting temperatures, melting enthalpies and crystallinity values are found to increase with increasing tensile strength and modulus as a direct result of the increased chain alignment induced during the fibre-drawing stages. Careful examination of the results show that improving the chain alignment encourages the alignment and lateral perfection of unoriented non-crystalline chains. Analysis of wide-angle X-ray diffraction, polarised IR spectroscopy and thermal analysis confirms the presence of a three-phase structure consisting of polymorphic crystalline (i.e. orthorhombic and monoclinic), highly oriented non-crystalline (i.e. paracrystalline) and unoriented non-crystalline (i.e. amorphous) structures, as opposed to the classical two-phase (crystalline and amorphous) structures. Analysis of polarised IR data shows the existence of a polymorphic structure consisting of highly oriented orthorhombic and monoclinic crystallites, together with highly oriented non-crystalline structure containing pseudo-hexagonally packed chains. Analysis of second order orientation parameter, , shows that the monoclinic crystallites are more oriented than the orthorhombic crystallites. The analysis of the X-ray diffraction data suggests that increasing crystallinity and lateral perfection leads to a consistent reduction in the proportion of the oriented non-crystalline structure. A scanning electron microscopy (SEM) examination of the longitudinal views showed fibrillar striations along the fibre axis direction, together with relatively smooth surfaces with increasing tensile moduli. The samples showed excellent bending behaviour advantageous for the formation of fabrics. The cross-sectional images appeared to vary from deformed triangular to deformed circular shapes.

Badano wysokowytrzymałe, wysokomodułowe włókna polietylenowe, dostępne w handlu, celem dokładniejszego rozpoznania zależności pomiędzy ich właściwościami i strukturą. W tym celu mierzono wielkość krystalitów i parametry orientacji stosując różnicową analizę termiczną, szerokokątowe rozproszenie rentgenowskie, spektroskopię IR w świetle rozproszonym oraz badania mikroskopowe. Stwierdzono, że dwójłomność, temperatura i entalpia topnienia oraz krystaliczność wzrastają ze wzrostem wytrzymałości na rozciąganie, jako bezpośredni skutek wzrastającego uporządkowania łańcuchów, inicjowanego podczas rozciągu. Dokładna analiza wyników wskazuje, że wzrost uporządkowania łańcuchów oddziaływuje na uporządkowanie i poprzeczną doskonałość niezorientowanych łańcuchów fazy amorficznej. Analizy: WAXS, DSC oraz spektroskopia IR potwierdziły obecność struktury trójfazowej, składającej się ze struktur polimorficzno-krystalicznych (rombowych i jednoskośnych), zorientowanych parakrystalicznych i niezorientowanych amorficznych, w przeciwieństwie do klasycznej struktury dwufazowej - krystalicznej i amorficznej. Analiza wyników uzyskanych z badań IR wskazuje na obecność polimorficznej struktury, składającej się z wysokozorientowanych rombowych i jednoskośnych krystalitów, wspólnie z wysokozorientowanymi strukturami amorficznymi, zawierającymi pseudo-heksagonalnie uporządkowane łańcuchy. Analiza parametrów orientacji drugiego rzędu wskazuje, że jednoskośne krystality są bardziej zorientowane niż rombowe. Wyniki WAXS sugerują, że wzrost krystaliczności i poprzecznej doskonałości prowadzi do istotnej redukcji zorientowanej fazy amorficznej. Badania SEM wskazują na tworzenie się fibrylarnej struktury wzdłuż osi włókna o stosunkowo gładkiej powierzchni w miarę wzrostu modułu sprężystości. Badane próbki włókien wykazały bardzo dobre właściwości przy zginaniu, predysponujące je do stosowania w tekstyliach. Widoki przekrojów były zróżnicowane, od zdeformowanych przekrojów trójkątnych po zdeformowane kołowe.

Słowa kluczowe

polyethylene orientation crystallinity infrared spectroscopy thermal analysis birefringence X-ray diffraction

polietylen orientacja krystaliczność spektroskopia w podczerwieni analiza termiczna dwójłomność dyfrakcja rentgenowska

Wydawca

Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny

Czasopismo

Fibres & Textiles in Eastern Europe

Rocznik

2005

Tom

Vol. 13, no. 4 (52)

Strony

15--21

Opis fizyczny

Bibliogr. 29 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Karacan I.

ismailkaracan@erciyes.edu.tr

Department of Textile Engineering, Faculty of Engineering, Erciyes University, TR-38039 Kayseri, Turkey

Bibliografia

1. P.J. Brown, I. Karacan, J. Liu, J.E. McIntyre, A.H. Milburn and J.G. Tomka; Polym. Int., 1991, Vol. 24, pp 23-32
2. D.J. Johnson, I. Karacan, P.E.P. Maj, and J.G. Tomka; Polymer, 1990, Vol. 31, pp 1991-1998
3. A.B. Erdemir, D.J. Johnson, I. Karacan, and J.G. Tomka; Polymer, 1988, Vol. 29, pp 597-604
4. D.J. Johnson, I. Karacan, and J.G. Tomka; Polymer, 1990, Vol. 31 pp 8-14.
5. D.J. Johnson, I. Karacan and J.G. Tomka; Polymer, 1991, Vol. 32, pp 2312-2318.
6. D.J. Johnson, I. Karacan and J.G. Tomka; Polymer, 1992, Vol. 33, pp 983-989.
7. G. Capaccio and I.M. Ward; Nature (Phys.Sc.), 1973, Vol. 243, pp 143-143.
8. G. Capaccio and I.M. Ward; Polymer, 1975, Vol. 16, pp 239-243.
9. J.H. Southern and R.S. Porter; J. Appl. Poly. Sci., 1970, Vol. 14, pp 2305-2317.
10. P. Smith and P.J. Lemstra; J. Mat. Sci.; 1980, Vol. 15, pp 505-514.
11. P.J. Lemstra and R. Kirschbaum, Polymer, 1985, Vol. 26, 1372-1384.
12. http://www.spectrafibre.com; http:// www.dsm.com
13. D. Green, and D.I. Bower; Spectrochemica Acta.: Part A, No.8, 1993, Vol. 49A, pp 1191-1194.
14. I. Karacan, A Taraiya, D.I. Bower, and I.M. Ward; Polymer, 1993, Vol. 34, pp 2691-2701.
15. I. Karacan, D.I. Bower, and I.M. Ward; Polymer, 1994, Vol. 35, pp 3411-3422.
16. F. Bozdogan and I. Karacan J. Mat. Sci. Tech. 2000, Vol. 8, No. 3, pp 119-139.
17. A.M. Hindeleh, D.J. Johnson, and P.E. Montague; ‘Fibre Diffraction Methods’,ACS Symp. No. 141 (Eds. A.D. French and K.H. Gardner), American Chemical Society, Washington DC, 1983, pp 149-182.
18. A.R. Stokes; Proc. Phys. Soc., 1948, Vol. A61, pp 382-391.
19. H. de Vries; Colloid & Polym.Sci., 1979, Vol: 257, pp226 238.
20. B. Wunderlich; Macromolecular Physics 1980, Vol: 3, 69.
21. W. Hu, A. Buzin, J. S. Lin, and B. Wunderlich; J. Poly. Sci.: Part B: Poly.Phys., 2003, Vol: 41, pp 403 - 417.
22. J. Pak, and B. Wunderlich; Thermochimica Acta, 2004, Vol. 421, pp. 203 - 209.
23 Y. K. Kwon, A. Boller, M. Pyda, and B. Wunderlich; Polymer, 2000, Vol: 41, pp. 6237 - 6249.
24. S. Krimm; Fortschr. Hochpolym. –Forsch, 1960, Vol. 2, pp. 51 - 172.
25. B. E. Read and R. S. Stein; Macromolecules, 1968, Vol. 1, No. 2, pp. 116-126.
26. R. G. Snyder, J. Chem. Phys., 1979, Vol: 71(8), pp. 3229-3235.
27. A. Kaito, K. Nakayama, and H. Kanetsuna, J. Macromol.Sci. 1987, Vol. B26(3), 281
28. R. K. Krishnaswamy; J. Polym. Sci., Part B: Polym.Phys. 2000, Vol: 38, 182.
29. K. M. Furuheim, D. E. Axelson, H. W. Antonsen, and T. Helle; J. Appl. Poly. Sci. 2004, Vol. 91, 218.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-232b7281-f600-41b0-b2e1-fc31145b0474