The linear thermal coefficient of expansion for high density polyethylene, extended to draw ratios 1 = 8 to 16 is a = -24. loF6 K -' at 20°C. This value results from the orientation of crystallites with an expansion coefficient a, = -12.
K -' and from stresses in the amorphous phase. Using the model of series coupling of crystalline and amorphous parts the value am Q -50. 1 0 -6 K -' is calculated for a crystallinity x, = 70%. From measurements of Young's modulus the fraction of tie-molecules xtie = 0,470 of the sample is assessed and the expansion coefficient a,, = -90.
K -I.
Annealing of the samples leads to shrinkage while the density p increases slightly and the expansion coefficient a increases considerably. Samples annealed at temperatures closely below the melting point show a slight decrease of the density at 20°C but a value of a exceeding that of isotropic samples. This effect can be explained by preferred orientation of the crystal a-axis in fibre direction as soon as orientation starts to break down.
Einleitung
Einachsig verstreckte Polymere haben in Richtung der Faserachse je nach Verstreckungsgrad verschiedene lineare thermische Ausdehnungskoeffizienten, die im Bereich der Raumtemperatur schon bei mMigen Verstreckungsgraden , I negative Werte annehmen konnen' -4). Speziell bei Polyethylen hoher Dichte (HD-PE) fanden wire fur Verstreckungsgrade A = 8 bis 16 bei T = 20°C einen von , I unabhangigen Koeffizienten a = -24 K-' in Achsrichtung; dagegen bleibt die Volumenausdehnung fur verstreckte wie fur isotrope Proben positiv und fast gleich gro8. Die thermische Ausdehnung der Kristallite in Richtung der c-Achse ist ebenfalls negativ: a, = -12 -K-' bei T = 20°C. Sie reicht aber selbst bei Annahme vollstandiger Orientierung nicht zur Erklarung der gemessenen Effekte aus. Die amorphe Phase mu8 demnach ebenfalls einen negativen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten a, besitzen. Je nach der Anordnung von kristallinen und amorphen Bereichen in der Probe (reine Serienschaltung oder Serien-und Parallelschaltung) erhalt man unter Berucksichtigung des Kristallisationsgrades x, = 70% Werte von am = -5 0 .
K-' bei 20°C. Die Ursache dafur ist das entropieelastische Verhalten der verspannten tie-Molekule.
Durch Tempern der Probe kann man die Onentierung der Kristallite und die Verspannungen in den amorphen Bereichen allmahlich abbauen. Es ist zu erwarten, daL3 das Material dabei schlieolich wieder in den isotropen Anfangszustand zuruckkehrt und da8 der lineare Ausdehnungskoeffizient wieder auf etwa aiso = + 122.
K-'
der urspriinglichen isotropen Proben (bei x, = 77,5% und T = 20°C) zunimmt. Die-bis -120-