The melting of high-pressure polyethylene subjected to stepwise heat treatment

Abstract

By means of stepwise crystallization or heat treatment of high-pressure polyethylene samples with several melting peaks can be produced. The melting curves truly reflect the thermal pre-history of the sample, and during melting a distinct “thermal memory effect” can be observed. The stepwise heat treatment produces individually and independently melting crystallites. The thermal and mechanical stability of crystallites formed by stepwise heat treatment has been studied. The crystallites are stable below the temperature of heat treatment, and also possess a remarkable mechanical stability, retaining the original thermal properties even under very high specific elongation. The change in the character of melting curves as a function of elongation is in unanimous correlation with the structural changes taking place under stretching. The memory effect, strongly expressed in the case of high-pressure polyethylene, can be traced back to the irregular, branched chain structure.

Résumé

Par cristallisations ou traitements thermiques graduels du polyéthylène haute pression, on parvient à produire des échantillons à plusieurs pics de fusion. Les courbes de fusion reflètent, de façon fidèle, l'histoire thermique de l'échantillon et, lors de la fusion, un “effet de mémoire thermique” distinct peut être observé. Le traitement thermique graduel produit des cristallites qui fondent de façon individuelle et indépendante. On a étudié la stabilité thermique et mécanique des cristallites formés par traitement thermique graduel. Les cristallites sont stables au-dessous de la température du traitement thermique et possèdent aussi une stabilité mécanique remarquable, conservant les propriétés thermiques originales même lors d'une élongation spécifique très forte. La variation du caractère des courbes de fusion en fonction de l'élongation est en corrélation avec les changements structuraux qui ont lieu lors de l'étirage. L'effet de mémoire, fortement exprimé dans le cas du polyéthylène haute pression, peut être rattaché à la structure irrégulière, à chaîne ramifiée.

Zusammenfassung

Durch stufenweise Kristallisation oder Wärmebehandlung von Hochdruck-Polyäthylen können Proben mit mehreren Schmelzpunkten hergestellt werden. Die Schmelzkurven reflektieren deutlich die Wärmevergangenheit der Probe und während des Schmelzens kann ein bestimmter “thermischer Memorieeffekt” beobachtet werden. Die stufenweise Wärmebehandlung erzeugt individuell und von einander unabhängig schmelzende Kristallite. Die thermische und mechanische Stabilität der durch stufenweise Wärmebehandlung gebildeten Kristallite wurde studiert. Die Kristallite sind unterhalb der Temperatur der Wärmebehandlung stabil und besitzen auch eine bemerkenswerte mechanische Stabilität, wodurch die ursprünglichen thermischen Eigenschaften selbst bei sehr hohen spezifischen Elongationen beibehalten werden. Die Änderungen des Charakters der Schmelzkurven als Funktion der Elongation stehen in eindeutiger Korrelation zu den Strukturänderungen, welche während Dehnung stattfinden. Der im Falle von Hochdruck-Polyäthylen stark zum Ausdruck kommende Memorieeffekt kann auf die unregelmäßige Struktur mit verzweigten Ketten zurückgeführt werden.

Резюме

С помощью ступенчато й кристаллизации или тепловой обработки п олиэтилена высокого давления, мо гут быть получены обр азцы с несколькими циками п лавления. Кривые плавления точ но отражают термичес кую предисторию образца и во время плавления наблюдалс я отчетливый ‚термич еский эффект памяти“. При ступенча той термообработке образуются кристалл ы, плавящиеся индивид уально и независимо друг от др уга. Изучена термическая и механическая устой чивость кристаллитов, образу ющихся при ступенчатой терм ообработке. Кристалл иты стабильны ниже темпе ратуры тепловой обработки и обладают значительной механи ческой устойчивостью, сохра няя первоначальные термические свойств а даже при очень высок ом специфическом удлин ении. Изменение характера кривых пла вления, как функция уд линения, хорошо коррелируетс я со структурными измене ниями, имеющими место при вытягивании. Эффект п амяти, сильно выраженный в случае п олиэтилена высокого давления, может быть восстанов лен обратно до нерегулярной стру ктуры с разветвленно й цепью.