Эволюция наноструктуры изотропного сверхвысокомолекулярного полиэтилена, полученного литьём под высоким давлением, при нагревании

Сверхвысокомолекулярный полиэтилен (UHMWPE) формуют литьём под высоким давлением и исследуют методом рентгеновского рассеяния под ультрамалыми углами (USAXS) в процессе плавления с использованием временноразрешающего эксперимента на синхротронном излучении. Результаты, относящиеся к плавлению и рекристаллизации кристаллических ламелл, сравнивают с данными дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC). Анализ USAXS выявляет сопряжённый процесс плавления и кристаллизации, который не сопровождается внешним тепловым потоком. Девять изотропных образцов, различающихся молекулярной массой и давлением формования, нагревают со скоростью 5 °C/мин. Двумерные изображения USAXS интегрируют по температурным интервалам 3–7 °C. Материалы рассматривают как двухфазные полукристаллические полимеры. Кривые рассеяния, полученные азимутальным усреднением, преобразуют в функции распределения интерфейсов (IDF), которые точно описываются наноструктурной моделью, включающей ансамбль толстых некоррелированных слоёв толщиной 50 нм и стопки кристаллических ламелл с корреляцией на коротких расстояниях толщиной 20 нм. Кристаллические слои идентифицируют по более узкому распределению толщины слоёв и характеру плавления. После исключения вклада в рассеяние аморфных слоёв получают составное распределение толщины кристаллитов. Его изменение исследуют в зависимости от температуры, молекулярной массы и давления формования. На термограммах DSC образцы, подготовленные при высоком давлении, демонстрируют один интенсивный пик плавления, тогда как остальные образцы имеют дополнительный пик плавления при более низкой температуре. Это может указывать на то, что образцы, полученные при высоком давлении, преимущественно содержат кристаллы с вытянутыми цепями. Данные USAXS показывают, что материалы, сформированные при высоком давлении, содержат значительные количества несовершенных тонких кристаллических ламелл, плавящихся при более низкой температуре, одновременно с образованием толстых ламелл. Для образцов, полученных при низком давлении, этот сопряжённый процесс преобразования наноструктуры при отжиге оказался пренебрежимо малым.