Mechanisch und thermisch verursachte Strukturveränderungen des kolloidalen Systems „Polyethylen“

Zusammenfassung

Eine vor wenigen Jahren entwickelte Kontrastiermethode ermöglichte unter dem Elektronenmikroskop die Sichtbarmachung der kristallinen und der amorphen Phase von Polyolefinen. Diese Methode gestattet auch sekundenschnell Feinstrukturen direkt bei höheren Temperaturen abzufangen und zu fixieren. Es konnten dadurch Strukturveränderungen beim Verstrecken und Tempern von Polyäthylen-Fäden datailliert untersucht werden.

Zunächst werden Ultradünnschnittaufnahmen von erstarrten deformierten Polyäthylenschmelzen (Blasfolien und gezogene Fäden) gezeigt, die Vorzugsorientierungen der Kristallamellen senkrecht zur Abzugsrichtung erkennen lassen.

Die Feinstrukturveränderungen beim kalten Nachverstrecken (9 fach und 25 fach) von Polyäthylenfäden bestätigen nur zum Teil die Vorstellungen von A. Peterlin über diesen Vorgang. Mikrofibrillen, bestehend aus Kristallblöckchen der zerstörten Lamellen, im Endzustand der Verstreckung konnten nicht gefunden werden. Es lag eher ein stark uniaxial verstrecktes unregelmäßiges Polymernetzwerk vor, das durch Kristallblöckchen, fungierend als polyfunktionelle Vernetzer, verknüpft ist.

Zwei Vorgänge beherrschen die Strukturveränderungen beim Tempern der nachverstreckten Fäden: die Rückknäuelung und die Rekristallisation.

Die Strukturveränderungen sind bei lose und bei eingespannt getemperten Fäden unterschiedlich. Die ersteren zeigen schon nach 2 sec unter Schrumpf die Ausbildung von großen Lamellen, wie im Ausgangsfaden, während die letzteren dünnere und kleinere Lamellen erkennen lassen, die aber besser senkrecht zur Fadenrichtung orientiert sind. Im ersten Fall wird eine gekoppelte Rückknäuelung der Kettenmoleküle zu Grunde gelegt und im zweiten Fall eine entkoppelte Rückknäuelung. Im weiteren Verlauf wird bei lose getemperten Fäden der erste Mechanismus durch den zweiten überlagert.

Das Verhalten der verstreckten Fäden beim Tempern ist gut vereinbar mit dem Modell der verfilzten Knäuel von Flory.

erscheint in der „Journal of Crystal Growth“ unter dem Titel: Direkte Beobachtung von Polyäthylen-Feinstrukturen und ihre Veränderungen beim Verstrecken und Tempern