Uniaxial deformation of nylon-6 and nylon-11: changes in orientation and crystal phase

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Abstract

The effect of uniaxial drawing on orientation of the crystalline fraction of two polymers forming hydrogen bonds, nylon-6 and nylon-11, has been investigated using X-ray diffraction. These two polymers have similar crystal phases, although their hydrogen bond density differs. For both polymers, the deformation occurs in two steps, the first being a plastic deformation of the α-phase spherulites. This leads to two popul ations of crystals, one with the chain axis oriented parallel to the draw direction, the second with the a axis (hydrogen bond direction) aligned along the draw direction. In the second step, the a-axis aligned population gradually tilts, leading to a uniaxial orientation of the samples with chain axis aligned along the draw direction. For nylon-11, the onset of this step corresponds to the emergence of crystals of the γ phase, which rapidly becomes the major phase. It reaches a higher orientation than the α phase, and stems from crystallization upon tension of the polymer. For nylon-6, although the γ phase also appears during drawing, at the maximum draw ratio only a small fraction is present. This difference is attributed to the relative stability of the two phases, which is different for nylon-6 than for nylon-11.

L'effet d'un étirement uniaxial sur l'orientation des cristaux de deux polymères formant des liaisons hydrogène, soit le nylon-6 et le nylon-11, a été étudié par diffraction des rayons X. Ces deux polymères possèdent des phases cristallines semblables, bien que la densité de liaisons hydrogène diffère. Pour les deux polymères, la déformation se produit en deux étapes, la première étant une déformation plastique des sphérolites de la forme α. Ceci conduit à l'existence de deux populations de cristaux, un orientée avec l'axe de chaîne parallèle à la direction d'étirement, l'autre avec l'axe a (direction des liaisons hydrogène) parallèle à cette même direction. Dans le second stade, il y a bascul des cristaux ayant l'axe a orienté avec l'axe d'étirement, résultant en une orientation uniaxe où l'axe de chaîne est orienté avec la direction d'étirement. Pour le nylon-11, ce stade correspond à l'apparition de la phase γ, qui devient rapidement majoritaire. Celle-ci est plus orientée que la phase α, et son apparition est attribuée principalement à la cristallisation sous tension du polymère. Pour le nylon-6, la phase γ apparaît aussi en cours d'étirement, mais elle reste minoritaire. Cette différence est attribuée à la stabilité relative de ces deux phases, qui est différente pour le nylon-6 et pour le nylon-11.

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