The flow of solid polymers under high pressure

Summary

The deformation and flow properties of solid polymers under uniaxial tensile and compressive loading have been determined for a variety of both crystalline and amorphous polymers at hydrostatic pressures to about 7 , kb. For some polymers, like polytetrafluoroethylene, cold drawing is inhibited by increasing pressure, and scanning electron micrographs show that local plastic deformation is greatly reduced. However, the true flow stress and the true fracture stress both increase with pressure, as does, also, the elastic modulus. The increase is greatest in the low-pressure range below 2 kb. This behavior is attributed to the pressure-induced shifting of a lowtemperatureβ′-transition. The influence of polymer composition and of the initial elastic constants on the pressure dependence of the elastic modulus and the yield stress is discussed. The observed behavior can be analyzed in terms of finite strain effects and a pressure-dependent yield criterion. It is shown that some amorphous polymers undergo a pressure-induced brittle-ductile transition, and these findings are used to explore the hydrostatic extrusion of polyimide and polysulfone at room temperature.

Zusammenfassung

Die Deformation und Fließeigenschaften fester Polymerer unter uniaxialer Spannung und unter Druck wurden für eine Serie von kristallinen wie amorphen Polymeren bei Drucken bis 7 kb gemessen. Für einige Polymere, wie das Polytetrafluoräthylen, wird Kaltverstreckung bei steigendem Druck ausgelöst und Elektroscanning-Bilder zeigen, daß die örtliche plastische Deformation stark reduziert ist. Die wahre Fließspannung und Bruchspannung jedoch steigen beide mit dem Druck, ebenso der Elastizitätsmodul. Der Anstieg ist am größten im niedrigen Druckbereich unter 2kb. Dieses Verhalten ist einer durch den Druck initiierten Verlagerung einer Tief-temperatur-β′-Umwandlung zuzuschreiben. Der Einfluß der Polymerkomposition und der anfangs elastischen Konstanten auf die Druckabhängigkeit des elastischen Moduls und der Fließspannung wird diskutiert. Das beobachtete Verhalten läßt sich in Termen der Enddehnungseffekte und einem druckabhängigen Fließkriterium diskutieren. Es wird gezeigt, daß einige amorphe Polymere eine durch den Druck ausgelöste spröd-duktil-Umwandlung erfahren. Und diese Feststellungen wurden verwendet, die hydrostatische Extrusion von Polyimid und Polysulfon bei Raumtemperatur zu erklären.