Minimum Molecular Weight and Tie Molecule Content for Ductility in Polyethylenes of Varying Crystallinity
Minimum Molecular Weight and Tie Molecule Content for Ductility in Polyethylenes of Varying Crystallinity
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不同结晶度聚乙烯延展性的最小分子量和连接分子含量
DOI：
10.1021/acs.macromol.2c00348
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
5.5
通讯作者：
Register, Richard A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Cho, Seong Hyuk;Register, Richard A.
低玻璃化转变温度的半结晶聚合物，如聚乙烯（PE），可以是脆性的或韧性的，这取决于它们的晶间应力传递物的含量，如连接分子（TM），直接桥接晶间非晶层的链。TM含量将随着分子量（M）的增加或随着分散聚合物中高M链的分数以及随着晶粒间重复间隔d的减小而增加，这可以通过热历史和共聚单体的掺入来操纵。本工作探讨了模型窄分布线性PE（LPEs）的高结晶度，其中通过结晶历史（无论是淬火或缓慢冷却），和乙烯-丁烯共聚物（氢化聚丁二烯（hPBs））的中等结晶度，其中受到限制的短支化含量的故障模式。对于每个系列（具有不同的热历史和淬火hPB的LPE），观察到一个相当尖锐的脆韧性转变（BDT）与increasingM，在一个值MBDT。然而，在这三个系列中，MBDT的值并不仅仅取决于d的值;事实上，尽管hPB的d值要低得多，但在淬火样品中，hPB比LPE需要更高的M来实现延展性。因此，TM分数的计算值在BDT强烈增加，结晶度降低，从缓慢冷却的LPE淬火hPB的一个因素的10.50。通过考虑TM对脆性断裂应力（σB）的影响来解释这种强烈的依赖性，当有足够的TM使σ b超过屈服应力（σy）时发生BDT，这强烈地依赖于结晶度，但与TM含量无关。
Semicrystalline polymers of low glass transition temperature, such as polyethylene (PE), can be either brittle or ductile depending on their content of intercrystallite stress transmitters─such as tie molecules (TMs), chains that directly bridge the intercrystalline amorphous layer. TM content will increase with increasing molecular weight (M) or with the fraction of high-Mchains in a disperse polymer and with decreasing intercrystallite repeat spacingd, which can be manipulated through thermal history and the incorporation of comonomer. The present work examines the failure mode of model narrow-distribution linear PEs (LPEs) of high crystallinity, wheredis varied through crystallization history (either quenching or slowly cooling), and ethylene-butene copolymers (hydrogenated polybutadienes (hPBs)) of moderate crystallinity, wheredis limited by the short-branch content. For each series (LPEs with different thermal histories and quenched hPBs), a rather sharp brittle-to-ductile transition (BDT) is observed with increasingM, at a valueMBDT. However, across the three series, the value ofMBDTdoes not depend solely on the value ofd; indeed, a higherMis required to achieve ductility in quenched samples of hPB than in LPE, despite the much lower values ofdfor hPB. Consequently, the calculated value of TM fraction at the BDT increases strongly as crystallinity decreases, by a factor of ∼50 from slow-cooled LPE to quenched hPB. This strong dependence is explained by considering the influence of TMs on the brittle fracture stress (σb), with the BDT occurring when there are sufficient TMs for σbto exceed the yield stress (σy), which is strongly dependent on crystallinity but independent of TM content.
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