J. Phys. France 46, 1967-1979 (1985)
DOI: 10.1051/jphys:0198500460110196700

Loss of affineness in gels and melts

J. Bastide¹, J. Herz¹ et F. Boué<sup>2

1</sup>  Centre de Recherche sur les Macromolécules, 6, rue Boussingault, 67083 Strasbourg Cedex, France
²  Laboratoire Léon Brillouin, CEA Saclay, 91191 Gif/Yvette Cedex, France

Abstract
We discuss measurements by mean of small angle neutron scattering of the form factor of a long chain (M > 2 x 106) in two comparably deformed materials : (i) A melt, stretched 4.6 times (leading, in a perpendicular direction, to a deformation 1/√4.6 ˜ 0.46). The long chain, deuterated, is dissolved in the matrix non-deuterated chains. (ii) A gel, crosslinked in solution, deformed by drying (deswelling of 10, leading in one direction to a deformation of 10-1/3 ˜ 0.46 too). The long chain was crosslinked with the other non-deuterated chains. We believe that a direct comparison of the two form factors is interesting for the times here involved (« rubbery plateau ») : the chain is a labelled path which is obliged, for the gel, to pass across numerous crosslinks and, for the melt, to pass through numerous entanglement points (meshes are comparable in the two cases). In addition to this direct comparison, we compare the two classical models of rubber elasticity (affine and phantom), for which we have calculated the form factor. In spite of some differences, data for the two systems agree more between them than they do with classical models : the disagreement with those suggests a loss of affineness at larger scales than the mesh.

Résumé
Nous discutons des mesures, par diffraction de neutrons aux petits angles, du facteur de forme d'une longue chaîne (M > 2 x 106) dans deux milieux déformés, de déformation comparable : (i) Un fondu étiré 4,6 fois (soit en direction perpendiculaire, une déformation 1/√4,6 ˜ 0,46). La longue chaîne, deutérée, est dissoute dans de longues chaînes hydrogénées. (ii) Un gel, réticulé en solution, déformé par séchage (dégonflement de 10, soit dans une direction, une déformation de 10 -1/3 ˜ 0,46). La longue chaîne deutérée est réticulée avec les autres chaînes. Nous pensons qu'une comparaison directe des deux facteurs de forme est intéressante, pour les temps considérés (« plateau caoutchoutique ») : la chaîne est un chemin marqué obligé à passer, pour le gel, par de nombreux points de réticulation, pour le fondu, par de nombreux points d'enchevêtrements équivalents, dans ce domaine de temps, à des points de réticulation (les mailles sont comparables). En plus de cette comparaison directe nous comparons aux deux modèles classiques de l'élasticité caoutchoutique (affine et fantôme), pour lesquels nous avons calculé le facteur de forme. Malgré certaines différences les données pour les deux systèmes sont plus proches entre elles qu'elles ne le sont des modèles classiques : le désaccord avec ceux-ci suggère une perte d'affinité à des échelles plus grandes que la maille.

PACS
6112L - Neutron diffraction.
6125 - Studies of specific liquid structures.
8270G - Gels and sols.

Key words
elasticity of liquids -- gels -- liquid structure -- neutron diffraction examination of liquids -- polymer melts -- polymer solutions