Temperature dependence of lattice distortions in polyethylene

Summary

Melt-crystallized samples of polyethylene show a reversible change of the line-width in X-ray wide angle scattering. The width increases with decreasing temperature, the largest changes occur in the temperature ranges of theβ- andγ-relaxation processes. Fourier analyses of the line profiles using the method of Warren and Averbach are indicative of strain variances which can be attributed to stress variances over larger domains in the semi-crystalline superstructure. An explanation for this effect is found in the stress parallel to the planes of the lamellae produced by the differences of the thermal expansion coefficients of the crystalline and amorphous domains in the lamellar two-phase systems. The magnitude of the stress is determined by the difference of the thermal expansion coefficients as well as the Young's moduli of the domains whereas the stress variances are related to the statistics of the lamellar thicknesses.

Zusammenfassung

Schmelzkristallisierte Proben von linearem und verzweigtem Polyäthylen zeigen eine reversible Änderung der Linienbreite in der Röntgenweitwinkelstreuung. Die Breite nimmt mit abnehmender Temperatur zu, wobei die größten Änderungen in den Temperaturbereichen derβ- undγ-Relaxationsprozesse liegen. Fourieranalysen der Linienprofile nach der Methode von Warren und Averbach deuten auf Deformationsschwankungen hin, die auf Spannungsschwankungen über größere Bereiche in der teilkristallinen Überstruktur zurückzuführen sind. Als Erklärung bieten sich hierfür die in Richtung der Lamellenebenen durch den Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der kristallinen und amorphen Bereiche des lamellaren Zweiphasensystems entstehenden Spannungen an. Die Größe der Spannungen wird sowohl durch die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten als auch durch die unterschiedlichenE-Moduln bestimmt, während die Spannungs-schwankungen von der Statistik der Lamellendicken herrühren.