J. Phys. France 43, 1437-1452 (1982)
DOI: 10.1051/jphys:0198200430100143700

Crystallization of quenched polyethylene. Part III : Mixtures of fractions

J. Rault¹ et E. Robelin<sup>2

1</sup>  Laboratoire de Physique des Solides, Bât. 510, Université Paris-Sud, 91405 Orsay, France
²  Institut Textile de France, 92100 Boulogne, France

Abstract
The crystallization of mixtures of P.E. fractions quenched from the melt has been studied by SAXS, WAXS and DTA. The laws of variation of the long period with the weight and number average molecular weights are given. It is shown that the long period, L, of the semi-crystalline state is given by the weight average of the end-to-end distance rw of the coils in the liquid state before quenching. For mixtures containing high molecular weight M > M* = 105, the long chains behave like a series of segments of chains of molecular weight M* which crystallize independently. The crystallinity measured by WAXS and DTA varies with the molecular weight and its distribution as the linear crystallinity lc/L ˜ lc/rw where lc is the crystalline lamella thickness and is independent of the molecular weight. The correlations emphasized in this paper between the solid and melt states of P.E. support the contention that the structure of lamellar semi-crystalline P.E. is not controlled by the phenomenon of secondary nucleation, but by the dimensions and the rigidity of the coils just before crystallization. The results reported in this paper show that the process of crystallization of short and long chains are different ; that would explain the differences observed in studies of the kinetics of crystallization, and in the morphology of the semi-crystalline state when the molecular weight is increased.

Résumé
La cristallisation des mélanges de polyéthylène fractionnés par trempe du fondu a été étudiée par la diffusion des Rayons X aux petits et grands angles et par analyse thermique différentielle. Les lois de variation des longues périodes avec les masses moléculaires en nombre et en poids sont données. On montre que les longues périodes sont données par la moyenne en poids de la distance bout à bout rw des pelotes dans le fondu juste avant la cristallisation. Dans les mélanges les chaînes longues de poids moléculaire supérieur à M* = 105 peuvent être décomposées en une série de chaînes indépendantes de masse critique M*. La cristallinité des mélanges mesurée par RX et par ATD suit les variations de la cristallinité linéaire lc/L où lc est l'épaisseur des lamelles cristallines, indépendante de la masse moléculaire. Ces corrélations entre l'état solide et fondu montrent que les caractéristiques de l'état semi-cristallin ne sont pas contrôlées par les phénomènes de nucléation secondaire, mais par les caractéristiques dimensionnelles des pelotes juste avant cristallisation. Ces résultats montrent que les processus de cristallisation des chaînes courtes et longues sont différents, ainsi on expliquerait les différences observées dans les cinétiques de cristallisation, et dans la morphologie de l'état semi-cristallin lorsque la masse moléculaire est changée.

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

Key words
crystallisation -- nucleation -- polymer melts -- quenching thermal -- thermal analysis -- X ray scattering