Wyznaczanie efektywnej gęstości sieci molekularnej w fazie amorficznej polietylenu na podstawie pomiarów naprężenia resztkowego

Bartczak, Z.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Wyznaczanie efektywnej gęstości sieci molekularnej w fazie amorficznej polietylenu na podstawie pomiarów naprężenia resztkowego

Autorzy

Bartczak Z.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Determination of the effective molecular network density in amorphous phase of polyethylene from residual stress

Języki publikacji

Abstrakty

Próbki polietylenu liniowego (HDPE) o zróżnicowanej masie cząsteczkowej i architekturze łańcucha poddano deformacji plastycznej przez ściskanie w płaskim stanie odkształcenia do różnych odkształceń. Przeprowadzone badania zachowania próbek podczas odkształcania i po odciążeniu pozwoliły na wyznaczenie efektywnej gęstości sieci w fazie amorficznej, a tym samym koncentracji molekularnych przekaźników naprężenia (MST). Badania potwierdziły użyteczność zaproponowanej wcześniejszej metody oceny koncentracji MST na podstawie pomiaru naprężeń resztkowych pozostałych w materiale po jego deformacji przez ściskanie w płaskim stanie odkształcenia (Z. Bartczak, Eur. Polym.J. 2012; 48: 2019-2030. doi: 10.1016/j.eurpolymj.2012.09.006). Stwierdzono, że efektywna gęstość sieci w fazie amorficznej zależy od architektury i długości łańcuchów poprzez ich zróżnicowaną zdolność do krystalizacji – krótsze i pozbawione defektów łańcuchy tworzą strukturę nadcząsteczkową złożoną z grubszych kryształów i charakteryzującą się wyższym stopniem krystaliczności i mniejszą koncentracją łańcuchów łączących sąsiednie lamele (TM) i splątań łańcuchów w fazie amorficznej, co prowadzi do niższych koncentracji MST niż polimerach o wyższej masie cząsteczkowej. Wzrost krystaliczności w wyniku wygrzewania prowadzi do silnego wzrostu koncentracji MST.

Samples of linear polyethylene (HDPE) of different molecular weight and chain architecture were subjected to plastic deformation by compression in the plane-strain compression to various strains. The study of sample behavior during the deformation and after unloading allowed determining the effective density of the network in the amorphous phase and hence the concentration of the molecular stresses transmitters (MST). The study confirmed the relevance of the previously proposed method of estimating MST concentration on the basis of measurement of residual stresses remaining in the material after its deformation (Z. Bartczak, Eur.Polym.J., 2012, 48: 2019-2030., Doi: 10.1016 / j.polypoly.2012.09.006). It was found that effective network density in the amorphous phase and the concentration of MST depend on the architecture and chain length through their different crystallization habits - shorter and less defective chains form a supermolecular structure composed of thicker crystals and show a higher degree of crystallinity and lower concentration of tie molecules and chain entanglement in the amorphous phase. This leads to lower concentrations of MST than in higher molecular weight or more irregular species. The increase in crystallinity upon solid-state annealing leads to a strong increase in MST concentration.

Słowa kluczowe

polietylen faza amorficzna sieć molekularna przekaźniki naprężenia

polyethylene amorphous phase molecular network stress transmitters

Wydawca

Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Inżynierii Materiałów Polimerowych i Barwników

Czasopismo

Przetwórstwo Tworzyw

Rocznik

2018

Tom

T. 24, Nr 1 (181)

Strony

5--16

Opis fizyczny

Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bartczak Z.

bartczak@cbmm.lodz.pl

Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych PAN, ul. Sienkiewicza 112, 90-363

Bibliografia

1. Oleinik EF. Plasticity of Semicrystalline Flexible-Chain Polymers at the Microscopic and Mesoscopic Levels. Polymer Science C. 2003;45(1):17-117.
2. Bartczak Z, Galeski A. Plasticity of Semicrystalline Polymers. Macromol Symp. 2010;294(1):67-90.
3. Seguela R. Critical review of the molecular topology of semicrystalline polymers: The origin and assessment of intercrystalline tie molecules and chain entanglements. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 2005;43(14):1729-1748.
4. Bartczak Z, Kozanecki M. Influence of molecular parameters on high-strain deformation of polyethylene in the plane-strain compression. Part I. Stress-strain behavior. Polymer. 2005;46:8210-8221.
5. Deblieck RAC, van Beek DJM, Remerie K, Ward IM. Failure mechanisms in polyolefines: The role of crazing, shear yielding and the entanglement network. Polymer. 2011;52(14):2979-2990.
6. Seguela R. On the Natural Draw Ratio of Semi-Crystalline Polymers: Review of the Mechanical, Physical and Molecular Aspects. Macromol Mater Eng. 2007;292(3):235-244.
7. Lustiger A, Markham RL. Importance of tie molecules in preventing polyethylene fracture under long-term loading conditions. Polymer. 1983;24(12):1647-1654.
8. Ferry JD. Viscoelastic Properties of polymers, 3rd Ed. New York: Wiley; 1980.
9. Huang YL, Brown N. The effect of molecular weight on slow crack growth in linear polyethylene homopolymers. J Mater Sci. 1988;23(10):3648-3655.
10. Huang Y-L, Brown N. Dependence of slow crack growth in polyethylene on butyl branch density: Morphology and theory. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 1991;29(1):129-137.
11. Humbert S, Lame O, Chenal J-M, Rochas C, Vigier G. Small strain behavior of polyethylene: In situ SAXS measurements. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 2010;48(13):1535-1542.
12. Hubert L, David L, Seguela R, Vigier G, Corfias-Zuccalli C, Germain Y. Physical and Mechanical Properties of Polyethylene for Pipes in Relation to Molecular Architecture. II. Short-Term Creep of Isotropic and Drawn Materials. Journal of Applied Polymer Science. 2002;84:2308-2317.
13. Brown N, Ward IM. The Influence of Morphology and Molecular-Weight on Ductile Brittle Transitions in Linear Polyethylene. J Mater Sci. 1983;18(5):1405-1420.
14. Schrauwen BAG, Janssen RPM, Govaert LE, Meijer HEH. Intrinsic deformation behavior of semicrystalline polymers. Macromolecules. 2004; 37(16):6069-6078.
15. Kurelec LT, M. Schoffeleers, H. Deblieck, R. Strain hardening modulus as a measure of environmental stress crack resistance of high density polyethylene. Polymer. 2005;46:6369-6379.
16. Bartczak Z. Effect of Chain Entanglements on Plastic Deformation Behavior of Linear Polyethylene. Macromolecules, 2005;38:7702-7713.
17. Cheng JJ, Polak MA, Penlidis A. A tensile strain hardening test indicator of environmental stress cracking resistance. Journal of Macromolecular Science Pure and Applied Chemistry. 2008;45:599-611.
18. Bartczak Z. Effect of the molecular network on high-strain compression of cross-linked polyethylene. European Polymer Journal. 2012;48(12):2019-2030.
19. Wunderlich B, Czornyj G. A Study of Equilibrium Melting of Polyethylene. Macromolecules. 1977;10:906-913.
20. Bartczak Z. Effect of chain entanglements on plastic deformation behavior of ultra-high molecular weight polyethylene. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 2010;48(3):276-285.
21. Abreu EL, Ngo HD, Bellare A. Characterization of network parameters for UHMWPE by plane strain compression. Journal of the mechanical behavior of biomedical materials, 2014;32:1-7.
22. Hong K, Rastogi A, Strobl G. A Model Treating Tensile Deformation of Semicrystalline Polymers: Quasi-Static Stress-Strain Relationship and Viscous Stress Determined for a Sample of Polyethylene. Macromolecules. 2004;37(26):10165-10173.
23. Hiss R, Hobeika S, Lynn C, Strobl G. Network Stretching, Slip Processes, and Fragmentation of Crystallites during Uniaxial Drawing of Polyethylene and Related Copolymers. A Comparative Study. Macromolecules. 1999;32:4390-4403.
24. Bartczak Z, Lezak E. Evolution of lamellar orientation and crystalline texture of various polyethylenes and ethylene-based copolymers in plane-strain compression. Polymer. 2005;46(16):6050-6063.
25. Haward RN, Thackray G. Use of a mathematical model to describe isothermal stress-strain curves in glassy thermoplastics. Proc R Soc London Ser A. 1967;302:453-472.
26. Haward RN. The application of non-Caussian chain statistics to ultralow density polyethylenes and other thermoplastic elastomers. Polymer. 1999(40):5821-5832.
27. Hong K, Rastogi A, Strobl G. Model Treatment of Tensile Deformation of Semicrystalline Polymers: Static Elastic Moduli and Creep Parameters Derived for a Sample of Polyethylene. Macromolecules. 2004;37:10174-10179.
28. Arruda EM, Boyce MC A three-dimensional constitutive model for the large stretch behavior of rubber elastic materials. J Mech Phys Solids. 1993;41:389-412.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-37c857b7-4094-41e9-a02a-e9872bedbb6e