Deformation of extremely thin polyethylene films

In order to establish a better correlation between the drawing mechanism of bulk polyethylene (PE) and the observation of plastic deformation of single crystals and the ensuing microfibril formation extremely thin PF films floating on hot water were deformed and studied by electron microscopy. The drawn film consists of about 300 A wide folded chain blocks arranged in microfibrils. The chains are oriented in the microfibril axis. The lateral coalescence of the blocks into lamellae produces a surface structure of the same type as observed with bulk samples. One hence concludes that also in the latter case the destruction of the original spherulitic structure in the necking zone first produces microfibrils composed of blocks broken off a single lamella. The bundle of microfibrils from a single stack of lamellae with similar draw ratio and draw rate laterally coalesces forming a fibril, i.e., a stack of mosaic type lamellae with rather irregular fold containing surfaces and extending over more or less the whole cross section of the fibril. In contrast with bulk samples, but in agreement with the single crystal deformation, the long period of the drawn film agrees with that of the starting material. The same situation exists with annealing which increases the long period and the order in lamellar orientation and long period, but does not produce any crystal rotation about an axis in the sample surface and perpendicular to the draw direction which is so conspicuous with drawn bulk PE. Um eine bessere Korrelation zwischen dem Verformungsmechanismus von makroskopischen Polyathylenproben einerseits und von Einkristallen mit den bei der Verformung erzeugten Mikrofibrillen anderseits zu erhalten, wurden extrem dunne, auf heisem Wasser ausgebreitete PA-Filme plastisch deformiert und im Elektronenmikroskop untersucht. Der verstreckte Film weist Mikrofibrillen auf, bestehend aus ungefahr 300 A breiten Blocken, die auf gefaltete Molekulketten schliesen lassen. Die Ketten liegen parallel zur Mikrofibrillenachse. Die Blocke sind seitlich zu Kristallamellen angeordnet, was zu einer Oberflachenstruktur fuhrt, die weitgehend derjenigen gleicht, die bei ezogenen dicken Proben beobachtet wird. Man schliest daraus, das auch bie diesen die Zerstorung der ursprunglichen spharolitischen Struktur in der Einschnurungszone zur Bildung von Mikrofibrillen fuhrt. Die Mikrofibrillen werden aus Kristallblocken aufgebaut, die aus einem einzigen Einkristall herausgebrochen wurden. Bundel von Mikrofibrillen, die aus dem gleichen Lamellenstapel herruhren und demzufolge mit ahnlicher Geschwindigkeit und zu ahnlichem Ausmas verformt wurden, schliesen sich seitlich zu einer Fibrille zusammen. Die Fibrillen bestehen aus einem Stapel von Mosaikkristallamellen mit ziemlich unregelmasigen Oberflachen, die die Kettenfalten enthalten. Die seitlichen Abmessungen der Lamellen stimmen ungefahr mit denen der Fibrille uberein. Im Gegensatz zu makroskopischen Proben, jedoch in Ubereinstimmung mit den Einkristallen stimmt die Langperiode des plastisch verformten, extrem dunnen Films mit der der Ausgangsprobe uberein. Beim Tempern wachst die Langperiode und nimmt einheitlichere Werte an. Die Kristallorientierung wird verbessert. Es tritt jedoch keine Rotation der Lamellen um eine in der Oberflache senkrecht zur Dehnungsrichtung gelegene Achse auf, wie sie bei makroskopischen Proben beobachtet wird.