Strain Rate Dependence of Amorphous Phase Instability in Semicrystalline Polymers: Insights from the Scale of Lamellar Stacks

结晶度 层状结构 无定形固体 不稳定性 材料科学 小角X射线散射 相(物质) 成核 层状相 化学物理 化学 散射 复合材料 结晶学 光学 热力学 有机化学 物理 机械
作者
Hang Guo,Jianhe Zhu,Chengyan Li,Chenhao Zhao,Kunpeng Cui,Liangbin Li
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:57 (9): 4081-4094 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.4c00242
摘要

Given the structural hierarchy in semicrystalline polymers, there is a compelling need to elucidate the mechanisms behind the instability of the interlamellar amorphous phase at the scale of lamellar stacks, which constitute fundamental building units with a biphasic nature. We specifically chose a hard-elastic isotactic polypropylene film composed of highly oriented lamellar stacks as a model sample. By utilizing synchrotron-based in situ wide-, small-, and ultrasmall-angle X-ray scattering techniques (WAXS/SAXS/USAXS), along with postmortem scanning electron microscopy (SEM) analysis, we studied the structural instabilities of lamellar stacks across a wide range of strain rates (from 0.001 to 0.5 s–1). Owing to the inherently dynamical asymmetry of the amorphous phase, we propose an insight into its instability characterized by stress-induced microphase separation based on the stress–concentration coupling model, where the extreme outcome aligns with the classical viewpoint, the formation of a fibrillar bridge/void system. With an increase in the Weissenberg number, a greater number of stress transmitters within the amorphous phase tend to be retained, thereby impeding the advancement of stress-induced microphase separation but promoting the crystalline phase instability. Furthermore, during the transition from a slow to a rapid stretching process, the amorphous phase instability undergoes a shift from a growth-dominated to a nucleation-dominated mode. This kinetic transition results in a more uniform dispersion of lamellar clusters that encompass unstable amorphous layers.
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