Deformation of semicrystalline polymers – the contribution of crystalline and amorphous phases

• Autorzy: Bartczak Z.

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2017.787

Warianty tytułu

PL

Deformacja polimerów semikrystalicznych – wkład fazy krystalicznej i amorficznej

• Konferencja: International Conference “X-Ray investigations of polymer structure” (10 ; 06–09.12.2016 ; Ustroń, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The plastic deformation process of semicrystalline polymers and the micromechanisms involved are discussed. The particular attention is paid to the dependence of deformation on structure and mutual influence of deformation of crystalline and amorphous components. Deformation of a semicrystalline polymer appears a complex series of continuous processes, involving mostly crystallographic deformation mechanisms operating in the crystalline phase. However, a very important role in that sequence is played by the deformation of amorphous interlamellar layers, partially reversible on unloading, which produces not only the high orientation of amorphous component but also influences deeply and supports the deformation of crystalline phase since crystalline lamellae and amorphous interlamellar layers, intimately connected through covalent bonds of chains crossing the interface, can deform only simultaneously and consistently. In particular, an influence of the topology of the amorphous phase, including the density of the molecular network of entangled chains and number of chains connecting adjacent crystalline and amorphous layers, on deformation instabilities of crystalline component in polyethylene are discussed. The induced instabilities of crystallographic slip lead to formation of lamellar kinks and frequently to an extensive fragmentation of lamellae. These transformations of crystalline structure together with restructurization of amorphous phase at high strains influence deeply the formation of the final highly oriented structure of the deformed semicrystalline polymer.

PL

Rozważano przebieg procesu odkształcenia plastycznego polimerów semikrystalicznych i zaangażowane w nim mikromechanizmy, zwracając szczególną uwagę na zależność deformacji od struktury materiału oraz na wzajemny wpływ odkształcenia fazy amorficznej i krystalicznej. Deformacja polimeru semikrystalicznego obejmuje szereg ciągłych procesów, w których zaangażowane są głównie krystalograficzne mechanizmy deformacji, aktywne w fazie krystalicznej. Bardzo ważną rolę w procesie odgrywa też częściowo odwracalne odkształcenie amorficznych warstw międzylamelarnych, które nie tylko prowadzi do wysokiego stopnia orientacji molekularnej w fazie amorficznej, ale wpływa również na deformację fazy krystalicznej. Lamele krystaliczne i amorficzne warstwy międzylamelarne, ściśle połączone wzajemnie wiązaniami kowalencyjnymi w łańcuchach przekraczających granice międzyfazowe, mogą deformować się tylko jednocześnie i spójnie. Omówiono także wpływ topologii fazy amorficznej, w tym gęstości sieci molekularnej splątanych łańcuchów i liczby łańcuchów łączących sąsiednie warstwy krystaliczne i amorficzne, na niestabilności deformacji fazy krystalicznej w polietylenie. Pojawiające się niestabilności poślizgów krystalograficznych prowadzą do powstawania załamań lamel, a często nawet do ich rozległej i silnej fragmentacji. Takie transformacje struktury fazy krystalicznej wraz z restrukturyzacją fazy amorficznej przy dużych odkształceniach wpływają istotnie na końcową, silnie zorientowaną, strukturę zdeformowanego polimeru semikrystalicznego.

Słowa kluczowe

EN

deformation; semicrystalline polymer; polyethylene; deformation mechanism

PL

deformacja; polimer semikrystaliczny; polietylen; mechanizm deformacji

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 62, nr 11-12
• Strony: 787--799
• Opis fizyczny: Bibliogr. 54 poz., rys. kolor.

Twórcy

autor

Bartczak Z.

• Centre of Molecular and Macromolecular Studies, Polish Academy of Sciences, 90-363 Łódź, Poland

Bibliografia

• [1] Oleinik E.F.: Polymer Science C 2003, 45 (1), 17.
• [2] Wunderlich B.: “Macromolecular Physics, Volume 1: Crystal Structure, Morphology, Defects”, Academic Press, New York 1973.
• [3] Khoury F., Passaglia E.: “The Morphology of Crystalline Synthetic Polymers” in “Treatise on Solid State Chemistry” (Ed. Hannay N.B.), Plenum Press, New York 1976, pp. 336–496. http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4684-2664-9_6
• [4] Hoffman J.D., Miller R.L.: Polymer 1997, 38, 3151.http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(97)00071-2
• [5] Thomas C., Ferreiro V., Coulon G., Seguela R.: Polymer 2007, 48, 6041. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2007.07.062
• [6] Lee B.J., Argon A.S., Parks D.M. et al.: Polymer 1993, 34 (17), 3555. http://dx.doi.org/10.1016/0032-3861(93)90039-D
• [7] Lee B.J., Parks D.M., Ahzi S.: Journal of Mechanics and Physics of Solids 1993, 41, 1651. http://dx.doi.org/10.1016/0022-5096(93)90018-B
• [8] Bowden P.B., Young R.J.: Journal of Material Science 1974, 9, 2034. http://dx.doi.org/10.1007/BF00540553
• [9] Haudin J.M.: “Plastic Deformation of Amorphous and Semi-crystalline Materials” (Ed. Escaig B., G’Sell C.), Les Editions de Physique, Paris 1982, p. 291.
• [10] Lin L., Argon A.S.: Journal of Material Science 1994, 29, 294. http://dx.doi.org/10.1007/BF01162485
• [11] Bartczak Z., Galeski A.: Macromolecular Symposia 2010, 294 (1), 67. http://dx.doi.org/10.1002/masy.201050807
• [12] Argon A.S.: “The Physics of Deformation and Fracture of Polymers”, Cambridge University Press, Cambridge 2013.
• [13] Michler G.H., Balta-Calleja F.J.: “Nano- and Micromechanics of Polymers”, Carl Hanser Verlag, Munich 2012.
• [14] Peterlin A.: Journal of Material Science 1971, 6, 490. http://dx.doi.org/10.1007/BF00550305
• [15] Peterlin A.: “Encyclopedia of Polymer Science and Engineering” (Ed. Mark H.F., Bikales N.M., Overberger C.G., Menges G., Kroschwitz J.I.), Wiley, New York 1987, pp. 72–94.
• [16] Flory P.J., Yoon D.Y.: Nature 1978, 272, 226. http://dx.doi.org/10.1038/272226a0
• [17] Gent A.N., Madan S.: Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics 1989, 27, 1529. http://dx.doi.org/10.1002/polb.1989.090270713
• [18] Young R.J.: Philosophical Magazine 1976, 30, 85. http://dx.doi.org/10.1080/14786439808206535
• [19] Galeski A., Bartczak Z., Argon A.S., Cohen R.E.: Macromolecules 1992, 25, 5705. http://dx.doi.org/10.1021/ma00047a023
• [20] Seguela R.: Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics 2002, 40, 593. http://dx.doi.org/10.1002/polb.10118
• [21] Seguela R.: e-Polymers 2007, 032, 1.
• [22] Haward R.N., Young R.J.: “The Physics of Glassy Polymers. 2nd edition”, Chapman & Hall, London 1997.
• [23] Bartczak Z., Kozanecki M.: Polymer 2005, 46, 8210. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2005.06.100
• [24] Pawlak A., Galeski A.: Macromolecules 2005, 38, 9688. http://dx.doi.org/10.1021/ma050842o
• [25] Pawlak A., Galeski A., Rozanski A.: Progress in Polymer Science 2014, 39 (5), 921. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2013.10.007
• [26] Parks D.M., Ahzi S.: Journal of the Mechanics and Physics of Solids 1990, 38, 701. http://dx.doi.org/10.1016/0022-5096(90)90029-4
• [27] Bartczak Z., Argon A.S., Cohen R.E.: Macromolecules 1992, 25, 5036. http://dx.doi.org/10.1021/ma00045a034
• [28] Young R.J., Bowden P.B., Ritchie J. et al.: Journal of Material Science 1973, 8, 23. http://dx.doi.org/10.1007/BF00755579
• [29] Hiss R., Hobeika S., Lynn C., Strobl G.: Macromolecules 1999, 32, 4390. http://dx.doi.org/10.1021/ma981776b
• [30] Hobeika S., Men Y., Strobl G.: Macromolecules 2000, 33 (5), 1827. http://dx.doi.org/10.1021/ma9910484
• [31] Hong K., Strobl G.: Macromolecules 2006, 39, 268. http://dx.doi.org/10.1021/ma051726o
• [32] Bartczak Z.: Polymer 2005, 46 (23), 10 339. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2005.07.096
• [33] Bartczak Z.: Macromolecules 2005, 38, 7702. http://dx.doi.org/10.1021/ma050815y
• [34] Krumova M., Henning S., Michler G.H.: Philosophical Magazine 2006, 86 (12), 1689. http://dx.doi.org/10.1080/14786430500501671
• [35] Galeski A., Bartczak Z., Kazmierczak T., Slouf M.: Polymer 2010, 51, 5780. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2010.10.004
• [36] Bartczak Z., Lezak E.: Polymer 2005, 46 (16), 6050. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2005.04.092
• [37] Brooks N.W.J., Mukhtar M.: Polymer 2000, 41, 1475. http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(99)00362-6
• [38] Bartczak Z.: European Polymer Journal 2012, 48 (12), 2019. http://dx.doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2012.09.006
• [39] Men Y., Strobl G.: Journal of Macromolecular Science B – Physics 2001, 40 (5), 775. http://dx.doi.org/10.1081/mb-100107561
• [40] Al-Hussein M., Strobl G.: Macromolecules 2002, 35 (22), 8515. http://dx.doi.org/10.1021/ma020831k
• [41] Fu Q., Men Y., Strobl G.: Polymer 2003, 44, 1927. http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(02)00940-0
• [42] Fu Q., Men Y., Strobl G.: Polymer 2003, 44, 1941. http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(03)00036-3
• [43] Hong K., Rastogi A., Strobl G.: Macromolecules 2004, 37 (26), 10 165. http://dx.doi.org/10.1021/ma049174h
• [44] Hong K., Rastogi A., Strobl G.: Macromolecules 2004, 37 (26), 10 174. http://dx.doi.org/10.1021/ma049172x
• [45] Na B., Zhang Q., Fu Q. et al.: Macromolecules 2006, 39 (7), 2584. http://dx.doi.org/10.1021/ma052496g
• [46] Lezak E., Bartczak Z.: Journal of Applied Polymer Science 2007, 105 (1), 14. http://dx.doi.org/10.1002/app.26011
• [47] Bartczak Z.: Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics 2010, 48 (3), 276. http://dx.doi.org/10.1002/polb.21873
• [48] Bartczak Z., Beris P.F.M., Wasilewski K. et al.: Journal of Applied Polymer Science 2012, 125 (6), 4155. http://dx.doi.org/10.1002/app.36595
• [49] Bartczak Z., Grala M., Richaud E., Gadzinowska K.: Polymer 2016, 99, 552. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2016.07.068
• [50] Bartczak Z., Cohen R.E., Argon A.S.: Macromoecules 1992, 25, 4692. http://dx.doi.org/10.1021/ma00044a034
• [51] Young R.J., Bowden P.B.: Journal of Materials Science 1973, 8 (8), 1177. http://dx.doi.org/10.1007/bf00632770
• [52] Schonherr H., Vancso G.J., Argon A.S.: Polymer 1995, 36, 2115. http://dx.doi.org/10.1016/0032-3861(95)95286-A
• [53] Bartczak Z., Galeski A., Argon A.S., Cohen R.E.: Polymer 1996, 37 (11), 2113. http://dx.doi.org/10.1016/0032-3861(96)85856-3
• [54] Lin L., Argon A.S.: Macromolecules 1994, 27, 6903. http://dx.doi.org/10.1021/ma00101a031