J. Phys. France 41, 1469-1474 (1980)
DOI: 10.1051/jphys:0198000410120146900

Crystallization of polymers. Part II : Fractionated polyethylene quenched from the liquid state

E. Robelin¹, F. Rousseaux², M. Lemonnier² et J. Rault<sup>3

1</sup>  Institut Textile de France, Boulogne, France
²  L.U.R.E. Université Paris-Sud, 91405 Orsay, France
³  Physique des Solides, Université Paris-Sud, 91405 Orsay, France

Abstract
We have measured by low angle X-ray scattering (SAXS) the long period of fractionated polyethylene (P.E.) quenched from the melt. The P.E. samples were annealed at different temperatures Ti above the melting temperature and for a time greater than the relaxation time defined in Part I. As for polydispersed material, the long period is given by the relationship L(Ti) = L(To) (1 + α(T i - To)) : α is equal to β/2, β being the temperature coefficient of the ideal chain in the liquid state. Three types of behaviour are distinguished according to the value of the molecular weight M of the fractionated samples : M < M1 L ˜ M (1) M1 < M < M2 L˜ M1/2 (2) M > M2 L ˜ M1/22 (3) M1 is the critical molecular weight, above which the chain has a Gaussian behaviour in the liquid state. M1 is of the order of the molecular weight M e of a portion of chain between two entanglements. The scaling law (2) is new, the long period varies like the end to end distance of the coil in the melt. Our results indicate the necessity of introducing a critical value M2 for the molecular weight, above which the long period is constant. From WAXS and SAXS measurements the crystalline core lamella thickness lc is found to be constant, of the order of 170 Å, the distance between two consecutive entanglements along a chain. The experimental scaling laws giving L and lc give information about the process of crystallization of fractionated P.E.

Résumé
Par diffusion centrale à l'I.T.F. et à Lure, nous avons mesuré les longues périodes L du polyéthylène (P.E.) monodisperse et polydisperse en fonction de la masse moléculaire M. Les échantillons portés un certain temps à la température T au-dessus de la température de cristallisation Tc, étaient trempés rapidement à l'azote liquide. On distingue trois types de comportement : M < M1 L ˜ M (1) M1 < M < M2 L ˜ M 1/2 (2) M > M2 L ˜ M1/2 2 (3) M1 est la masse moléculaire critique au-dessous de laquelle la chaîne liquide n'a pas un comportement gaussien, c'est typiquement la masse d'une portion de chaîne comprise entre deux enchevêtrements. La loi (2) est nouvelle, nos résultats mettent en évidence une masse critique M2 au-delà de laquelle la longue période et l'épaisseur des lamelles cristallines sont indépendantes de la masse moléculaire. L'existence de ce régime où la longue période est comparable à la taille des pelotes dans le fondu, conduit à préciser le processus de cristallisation. Les grandes périodes dépendent de la température du fondu Ti, les variations observées sont reliées à la variation de la taille des pelotes dans la phase liquide, et confirme avec une plus grande précision les résultats de la 1re partie.

PACS
6141 - Polymers, elastomers, and plastics.
6470D - Solid-liquid transitions.

Key words
annealing -- crystallisation -- polymers -- quenching thermal -- X ray diffraction examination of materials