發(fā)展聚合物非線性流變測試方法，具有促進聚合物加工理論的發(fā)展與實踐的重要意義。然而，邊緣破裂現(xiàn)象成為了該測試的一個攔路虎。目前，科研人員已提出多種方法來消除邊緣破裂，但仍然未能取得令人滿意的效果。
為了解決上述問題，希臘FORTH研究所Dimitris Vlassopoulos教授和博士后李本科博士開發(fā)了一種新的測試夾具，有效的減弱了該邊緣破裂的影響，該研究近期發(fā)表于Physics of Fluids。
Dimitris Vlassopoulos教授長期進行聚合物非線性流變研究，通過改進商用分離型椎板夾具CPP（cone-partitioned-plate）的設(shè)計，并標(biāo)準(zhǔn)化了測試方法，獲得了更好的測試效果，拓展了測試區(qū)間。實驗室自制的CPP夾具如圖1所示。該設(shè)計中，內(nèi)板（inner plate）與外板（outer plate）間的間隙應(yīng)當(dāng)盡量小，本設(shè)計采用0.1mm的間隙；外側(cè)板（outer plate）的內(nèi)側(cè)呈現(xiàn)尖角狀，從而減弱了進入內(nèi)外板之間的樣品對測量扭矩的影響。另外：在測試方法上，選取合適的樣品量也至關(guān)重要，樣品尺寸影響夾具中心的法向應(yīng)力大小。基于該設(shè)計已取得眾多研究成果：（Macromolecules 2013, 46, 5702?5713; Macromolecules 2016, 49, 3925?3935等）。雖然CPP夾具延緩了剪切測試過程中邊緣破裂，然而仍然不能完全滿足于科研需要。在高剪切速率（高
）下，邊緣破裂依然困擾著聚合物熔體的剪切流變測試。
本研究開發(fā)了一種新型測試夾具，如圖2c-d所示，該設(shè)計在CPP夾具外邊緣套上保護圓環(huán)，稱之為CPP-R夾具，從而極大地延緩了邊緣破裂的發(fā)生。本研究使用的聚合物PS283k在測試溫度下具有較長的松弛時間，如圖3所示，τR=3.18s，τd=52.6s。使用CPP-R夾具對上述樣品進行測試的結(jié)果如圖4d所示。其表明，使用CPP-R夾具經(jīng)過長時間強剪切后其流變數(shù)據(jù)仍處于穩(wěn)態(tài)區(qū)間。圖5f展示了實驗過后其樣品形貌。圖6量化了其抑制邊緣破裂的能力。
該CPP-R夾具也與眾多其它夾具的測試結(jié)果進行對比，這些夾具包括：普通椎板夾具CP、椎板夾具浸入高黏度硅脂浴CP-HVPDMS、椎板夾具浸入液體金屬浴CP-LM、椎板夾具外邊緣套上保護圓環(huán)CP-R、分離型椎板夾具CPP。夾具示意圖及對比結(jié)果分別見于圖1、2、4、5、6中。
與剪切速率
的關(guān)系，不同的夾具見圖示說明。γc指的是開始邊緣破裂的應(yīng)變，
指的是使用CP8mm夾具測試的開始邊緣破裂的應(yīng)變。（b）不同夾具開始邊緣破裂的特征
，開始邊緣破裂的剪切速率
判定標(biāo)準(zhǔn)為：黏度偏離Cox-Merz 規(guī)則20%時。其中CPP-R夾具指的是CPP夾具外邊緣套上圓環(huán)保護。
該工作以“A practical guide to mitigate edge fracture instability in sheared polymer melts”為題發(fā)表在《Physics of Fluids》上（March 22, 2024），在線鏈接為：https://doi.org/10.1063/5.0189558。論文的第一作者是希臘FORTH研究所博士后李本科博士，其具有令人印象深刻的流變夾具開發(fā)經(jīng)歷，其在上海交通大學(xué)俞煒教授指導(dǎo)下開發(fā)的水平拉伸流變夾具HER（Horizontal extensional rheometry）解決了低黏度聚合物拉伸流變測試難題，并發(fā)表于Journal of Rheology（Jan. 01, 2021）。通訊作者為希臘克里特大學(xué)和FORTH研究所Dimitris Vlassopoulos教授，2019年流變學(xué)會賓漢獎得主。
原文鏈接：https://doi.org/10.1122/1.5134532
- 暫無相關(guān)新聞
