Plastic deformation of polymers with fibrous structure

Summary

The plastic deformation of fibrous material occurs primarily by a sliding motion of fibrils. To a first approximation, the displacement of their centers of mass can be well described by an affine transformation corresponding to the deformation of the bulk sample. Such a sliding motion of fibrils does not affect the morphology of the microfibrils. But by chain unfolding, it smoothes the surface inhomogeneities of the fibrils caused by microfibril ends which act as point defects of the microfibrillar lattice. This makes possible a more perfect lateral contact between adjacent fibrils and results in a steadily increasing resistance to plastic deformation. The sliding motion of fibrils produces a shear stress on skewed fibrils and this causes a slight shear displacement of microfibrils. But in spite of its smallness, this shear displacement enormously extends the interfibrillar tie molecules by chain unfolding and thus increases their fraction in the amorphous layers.

Zusammenfassung

Die plastische Verformung von Fasermaterial kommt vorwiegend durch Gleitverschiebung der Fibrillen zustande. Die Verschiebung ihrer Schwerpunkte kann in erster Näherung durch eine der Probenverformung entsprechende affine Transformation beschrieben werden. Eine derartige Gleitverschiebung der Fibrillen beeinflußt nicht die allgemeine Morphologie der Mikrofibrillen. Durch die dabei auftretende Kettenentfaltung an den Mikrofibrillenden, die als Punktfehler des Mikrofibrillengitters wirken, werden jedoch die Oberflächenrauhigkeiten der Fibrillen weitgehend ausgeglättet. Als Folge davon verbessert sich der Seitenkontakt zwischen Nachbarfibrillen, was zu einer progressiven Widerstandserhöhung der plastischen Verformung führt. Die Gleitverschiebung der Fibrillen erzeugt an asymmetrischen Fibrillen auch eine Scherspannung, die eine kleine Scherverschiebung der Mikrofibrillen verursacht. Diese an und für sich kleine Verformung dehnt jedoch durch Kettenentfaltung ganz erheblich die interfibrillaren Verbindungsmoleküle aus und erhöht auf diese Weise ihren Anteil in den amorphen Schichten zwischen den Kristallblöcken.