[논문 리뷰] Crystallinity and Crystallographic Texture in Isotactic Polypropylene during Deformation and Heating

Junhong Jia, Dierk Raabe|ArXiv.org|2008. 11. 14.

Polymer crystallization and properties참고 문헌 30인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 영역 검출기를 사용한 X선 회절을 통해 등태성 폴리프로필렌(iPP)의 굴곡 변형 및 이후 열처리 중의 결정도 및 결정학적 텍스처 변화를 조사한다. 연구 결과, 굴곡이 레이어 구조의 분해를 유도하여 결정도 감소를 야기하는 것으로 밝혀졌으며, 이는 내재된 레이어 위에서 정렬된 핵 생성을 통해 발생하는 재결정화에 의해 후속 열처리 시 (010)[001] 및 [001]//RD와 같은 섬유 텍스처 성분이 강하게 강화됨을 보여준다.

ABSTRACT

The development of the crystallinity and of the crystallographic orientation of isotactic polypropylene (iPP) during rolling deformation and subsequent heat treatment is studied. The experiments are conducted by using X-ray diffraction with an area detector. The evolution of crystallographic orientation is tracked by calculating the pole figures and by applying a quantitative 3D texture component fit method. The rolling orientation after a true strain of -1.5 mainly consists of the (010)[001], (130)[001], and [001]//RD fiber components (RD: rolling direction). The results reveal that the crystallinity drastically decreases during rolling. We suggest that decrystallization (disaggregation) is a deformation mechanism which takes place as a microscopic alternative to crystallographic intralamellar shear depending on the orientation of the lamellae relative to the imposed deformation tensor. Heat treatment after rolling leads to the recrystallization of amorphous material and to a strong enhancement of the fiber orientation component. The recrystallization orientation is explained in terms of an oriented nucleation mechanism where amorphous material aligns along existing crystalline lamellae blocks which prevailed during the preceding deformation.

연구 동기 및 목표

• 등태성 폴리프로필렌(iPP)에서 굴곡 변형 조건 하에서의 결정도 및 결정학적 텍스처 변화 이해.
• iPP에서의 연성 변형 중의 결정도 감소를 유도하는 미세구조적 메커니즘 규명.
• 변형 후 열처리 중의 재결정화 거동 및 텍스처 형성 연구.
• 초기 형성된 레이어 구조가 재결정화 과정에서 정렬된 핵 생성을 어떻게 유도하는지 규명.
• 3차원 극도도 분석 및 텍스처 성분 피팅을 통한 텍스처 변화의 정량적 분석.

제안 방법

• 굴곡 및 가열 중 회절 패턴 촬영을 위한 영역 검출기 탑재 X선 회절.
• 결정학적 정렬 변화 추적을 위한 극도도 재구성.
• 주요 텍스처 성분을 식별하기 위한 정량적 3차원 텍스처 성분 피팅 방법.
• 플라스틱 변형을 유도하기 위해 진짜 변형률 -1.5를 굴곡 공정에 적용.
• 아모르프스 영역에서의 재결정화를 촉진하기 위해 굴곡 후 열처리 실시.
• (010)[001], (130)[001], [001]//RD와 같은 텍스처 성분 분석을 통한 섬유 텍스처 형성 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 굴곡 변형은 등태성 폴리프로필렌(iPP)의 결정도 및 결정학적 텍스처에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 변형 텐서에 대한 레이어 구조의 정렬 방향은 결정도 감소를 유도하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 굴착 후 열처리가 재결정화 및 텍스처 형성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 변형 후 열처리 중에 결정 구조가 재형성되는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 기존에 존재하는 결정 레이어가 새로 형성된 결정의 정렬을 어느 정도 유도하는가?

주요 결과

• 진짜 변형률 -1.5의 굴곡 조건에서 결정도가 급격히 감소하여 심한 결정도 감소가 발생함을 확인.
• 결정도 감소는 레이어 분해를 통해 발생하며, 이는 내부 레이어의 비틀림과 같은 다른 미세변형 메커니즘의 대체로 작용함.
• 굴착 후 주된 텍스처는 (010)[001], (130)[001], [001]//RD 섬유 성분으로 구성됨.
• 굴착 후 열처리 시 아모르프스 물질의 재결정화가 발생하고 섬유 텍스처 성분이 강하게 강화됨.
• 재결정화 과정은 잔류 결정 레이어를 따라 정렬된 핵 생성 메커니즘을 통해 진행됨.
• 재결정화 중의 텍스처 변화는 변형된 레이어의 기존 결정학적 정렬 방향에 의해 강하게 영향을 받음.