Volume Variation Process of High-Density Polyethylene During Tensile and Creep Tests

• Published in: Oil & gas science and technology Vol. 61; no. 6; pp. 715 - 724
• Main Authors: Addiego, F., Dahoun, A., G'Sell, C., Hiver, J. M.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: EDP Sciences 01.11.2006; Institut Français du Pétrole (IFP)
• Subjects: Physics
• ISSN: 1294-4475; 1953-8189
• DOI: 10.2516/ogst:2006009

Samples of high-density polyethylene have been subjected to tensile tests and creep experiments by means of a video-controlled testing system (VidéoTraction ©). The evolution of specific volume in this semi-crystalline polymer is determined versus true strain. In the elastic stage, we measure a hydrostatic expansion and then, in the plastic stage, we observe a competition between a compaction effect and a dilatation phenomenon. Although compaction is probably overestimated in the present testing technique, it represents a pertinent mechanism that is ascribed to the orientation of the amorphous chains during stretching. This phenomenon is characterized by X-ray diffraction measurements that show a reduction of average distance between amorphous chains. Dilatation process is explained by the diminution of crystallinity and by the formation, growth and coalescence of crazes inside and between spherulites. Electron microscopy reveals these defects. The competition between compaction and dilatation, controlled by the mobility of the amorphous phase, depends on temperature and time. Des éprouvettes de polyéthylène à haute densité ont été soumises à des essais de traction et des tests de fluage à l'aide d'un dispositif d'essais mécaniques à pilotage vidéométrique (VidéoTraction®). L'évolution du volume spécifique de ce polymère semi-cristallin est caractérisée en fonction de la déformation vraie. Dans le stade élastique, on mesure une expansion hydrostatique puis, dans le stade plastique, on note une compétition entre un effet de compaction et un phénomène de dilatation. La compaction, sans doute surestimée dans les expériences, est toutefois un mécanisme important dû à l'orientation des chaînes amorphes au cours de l'étirage. Ce phénomène est attesté par des mesures de diffraction des rayons X qui montrent une réduction de la distance moyenne entre les chaînes amorphes. Le processus de dilatation s'explique par la diminution du taux de cristallinité et par la formation, la croissance et la coalescence de craquelures au sein et entre les sphérolites. L'observation d'échantillons déformés par microscopie électronique révèle ces défauts. La compétition compaction/dilatation est dictée par la mobilité de la phase amorphe influencée elle-même par la température et le temps.