title: Dislocation mechanisms with respect to thermal relaxation and plastic deformation in semicrystalline polymers
Creators: name: Polt, Gerald
Publisher: name: :none
Year: 2016

description: Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung und Aufklärung versetzungsbasierender mikromechanischer Prozesse, welche zu Beginn der plastischen Verformung und danach in semikristallinen Polymeren ablaufen. Dabei werden die Existenz, die Dichte und die Wechselwirkung der Versetzungen studiert, insbesondere hinsichtlich der Eigenschaften der amorphen Phase und deren Wechselwirkung mit der kristallinen Phase. Für den Nachweis und die Quantifizierung der Versetzungen als auch der Größe der kristallinen Lamellen wird eine spezielle Röntgendiffraktionsmethode, die sogenannte “Multiple X-ray line Profile Analysis (MXPA)“, eingesetzt. Im ersten Teil der Arbeit wurde der Einfluss der amorphen Phase auf die Versetzungskinetik untersucht, mittels in-situ Aufheizexperimenten bei gleichzeitiger Röntgendiffraktometrie in Kombination mit den Methoden der Dynamisch-Mechanischen Analyse. Dadurch war es möglich, die thermisch induzierten Änderungen der Versetzungsdichte mit solchen der molekularen Relaxationsvorgänge zu korrelieren. Der zweite Teil der Experimente bestand in der Durchführung von in-situ Kompressions-MXPA Tests unterhalb und oberhalb der Glasübergangstemperatur, womit die Steifigkeit der amorphen Phase selektiv beeinflusst wurde. Dadurch konnte auch der Rotations-Freiheitsgrad der kristallinen Lamellen systematisch variiert werden, was die Untersuchung unterschiedlicher mikromechanischer Verformungsmechanismen ermöglichte. Ein drittes Ziel der Arbeit war das Studium der Versetzungsdynamik in Polyethylen während makroskopischer plastischer Verformung. Weil hier wegen der geringen Zahl von Bragg-Reflexen die Standard-MXPA Methoden versagen, wurde erstmals in einem semikristallinen Polymer die sogenannte “Momenten-Methode” angewandt. Ähnlich wie im Fall der MXPA ist diese Methode in der Lage, den Size-Effekt vom Verzerrungseffekt zu trennen und außerdem den letzteren eindeutig der Präsenz von verformungsinduzierten Versetzungen bzw. deren Vervielfachung bei fortgesetzter plastischer Verformung zuzuordnen.
description: The present work focuses on the investigation and clarification of dislocation-based micromechanical processes being active at the yield and during the post-yield stage in semicrystalline polymers. In this context, the presence, density and interaction of dislocations is studied, particularly with respect to the properties of the amorphous phase and its interaction with the crystalline one. For the proof and the quantification of the dislocations as well as of the crystalline lamellae, a special X-ray diffraction method, called Multiple X-ray line Profile Analysis (MXPA), has been used. In the first part of this thesis, the influence of the amorphous phase on dislocation kinetics was studied by means of in-situ heating experiments during simultaneous X-ray diffractometry in combination with the methods of the Dynamic Mechanical Analysis. This allowed to correlate the thermally induced changes of the dislocation density with those of the molecular relaxations. A second group of experiments consisted in in-situ compression MXPA tests below and beyond the glass temperature, thus selectively modifying the rigidity of the amorphous phase. Thereby also the rotational degrees of freedom of the crystalline lamellae could be systematically varied, thus allowing the investigation of different micromechanical deformation mechanisms. A third goal of the work was to study the dislocation dynamics in Polyethylene during macroscopic plastic deformation. As the standard-MXPA methods fail here due to the low number of Bragg reflections, the so-called momentum method has been applied here for the first time to a semicrystalline polymer. As in the case of MXPA, this method allows to separate size from distortion effects and to uniquely attribute the latter to the presence of dislocations and/or to their multiplication during further deformation.