Concerning the negative thermal expansion for extended chain polyethylene

Thermal expansion coefficients have been measured on ultraoriented polyethylene fibers. Samples were prepared by a solid-state (crystalline) extrusion in an Instron Capillary Rheometer at 136°, 2100 atm. and at a draw ratio of 50. The expansion coefficients between –150 and +50°, perpendicular to the fiber axis, were positive and of the order of 10^–4 °C^–1. Conversely, parallel to that direction, the observed values were both negative and small, of the order –10^–6 °C^–1. Length changes were reversible and reproducible between –150 and < +50°. Negative coefficients were attributed to the presence of highly-extended and fully-aligned chains along the fiber. Valuable information about chain conformation, dynamics and lattice perfection can be obtained for the ultraoriented morphologies simply by measuring the linear thermal expansion.

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Zusammenfassung Thermische Expansionkoeffizienten wurden an ultraorientierten Polyäthylenfasern gemessen. Die Proben wurden durch Festphasen -(kristalliner) Extrusion in einem Instron Kapillar-Rheometer bei 136°, 2100 Atm. und einem Ziehverhältnis von 50 hergestellt. Die zur Achse der Phase perpendikulären Expansionskoeffizienten zwischen –150 und +50° waren positiv und in der Größenordnung von 10^–4°C^–1. Umgekehrt waren die parallel zu dieser Richtung beobachteten Werte sowohl negativ wie auch kleiner, in der Größenordnung von 10^–6 °C^–1. Die Längenveränderungen zwischen –150 und > +50° waren reversibel und reproduzierbar. Negative Koeffizienten wurden der Anwesenheit stark gedehnter und voll geordneter Ketten längs der Fasern zugeschrieben. Wertvolle Informationen betreffs Kettenkonformation, Dynamik und Gitterstruktur ultraorientierter Morphologien können durch einfaches Messen der linearen thermischen Expansion erhalten werden.

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Résumé On a mesuré les coefficients d'expansion thermique de fibres de polyéthylène ultra-orientées. Les échantillons ont été préparés par extrusion à l'état solide (état cristallisé) dans un rhéomètre capillaire Instron, à 136°, 2100 atm., avec un rapport d'étirement de 50. Entre –150 et +50° les coefficients d'expansion perpendiculaires à l'axe des fibres sont positifs et de l'ordre des 10^–4 °C^–1. Les valeurs observées parallèlement à cette direction sont, par contre, négatives et faibles, de l'ordre de –10^–6 °C^–1. Entre –150 et > 50° les changements de longueur sont réversibles et reproductibles. On a attribué les coefficients négatifs à la présence de chaînes fortement allongées et complètement alignées le long des fibres. On peut obtenir des renseignements précieux sur la conformation des chaînes, la dynamique et la perfection des réseaux dans le cas de morphologies ultra-orientées en mesurant simplement l'expansion thermique linéaire.

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. () 136°, 2100 50. –150 +50° 10^–4 °^{– 1}. , , — –10^–6 °^{– 1}. –150 > +50°. - . , .

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On leave from Universidad Nacional del Sur, Bahia Bianca, Argentina.

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Acknowledgement is hereby given to Professor M. Jacovi and Mr. W. Perkins for their help and to the Office of Naval Research for financial support.