Degradacja mechaniczna sieci molekularnej w fazie amorficznej polietylenu pod wpływem dużych odkształceń

Próbki polietylenu liniowego (HDPE) o różnym stopniu usieciowania poddano deformacji plastycznej przez ściskanie w płaskim stanie odkształcenia do dużych odkształceń, e>2 (stopień ściśnięcia λ>8) w temperaturze pokojowej. Badania strukturalne odkształconych próbek oraz badania procesu relaksacji i zaniku odkształcenia po odciążeniu materiału pokazały, że w nieusieciowanym HDPE aż do prawdziwego odkształcenia e=1 odkształcenie jest całkowicie odwracalne w temperaturze wyższej od temperatury topnienia krystalitów, T>T_m. Dla wyższych odkształceń, e>1, stopniowo pojawia się składowa nieodwracalna odkształcenia i dla e=2.1 trwałe odkształcenie resztkowe wynosi e_res=0.36 (T>T_m). Próbki sieciowanego HDPE wykazują natomiast całkowitą odwracalność odkształcenia w temperaturze powyżej T_m w całym zakresie odkształcenia. Źródłem trwałej, nieodwracalnej składowej odkształcenia w materiale nieusieciowanym jest degradacja mechaniczna sieci molekularnej splątanych łańcuchów w fazie amorficznej na skutek zrywania pojedynczych łańcuchów oraz ich rozplątywania. W próbkach usieciowanych gęsta i względnie jednorodna sieć molekularna jest wystarczająco wytrzymała by uniknąć uszkodzenia i zniszczenia.

Samples of linear polyethylene (HDPE) with different degree of crosslinking were subjected to plastic deformation by compression in plane-strain compression up to high strain exceeding true strain of 2 (compression ratio λ>8) at room temperature. Structural studies of deformed samples and investigation of the process of strain recovery after material unloading demonstrated that the deformation of neat, non-crosslinked HDPE appears completely reversible at a temperature above the melting point of the crystalline phase, T>T_m, up to the true strain e=1.0. At higher applied strains, e>1, an irreversible deformation component emerges gradually, and at e=2.1 the permanent residual strain equals approx. e_res=0.36 (T>T_m). The cross-linked HDPE samples show complete reversibility of deformation above T_m, irrespectively of an applied strain. The source of permanent irreversible strain component in neat HDPE is a mechanical degradation of the molecular network of entangled chains in the amorphous phase as a result of chain scission and chain disentanglement. In the case of cross-lined materials the dense and relatively homogeneous molecular network is strong enough to avoid damage and degradation.