法向應力差（Normal Stress Differences）是決定高分子材料在剪切流動中的穩(wěn)定性及其加工性能的關(guān)鍵因素。然而，在實驗中，如何可靠地測量第一和第二法向應力差（N1和N2）一直是流變學領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)，尤其是在高剪切速率條件下。
近日，希臘FORTH研究所Dimitris Vlassopoulos教授和李本科博士在在Journal of Rheology發(fā)表最新研究，報道了一種改進的錐形分區(qū)平板（CPP，Cone-Partitioned Plate）幾何結(jié)構(gòu)及新的測量方法，可有效突破高剪切速率測量瓶頸，并顯著提高法向應力差N1和N2的測量精度。
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，并標準化了測試方法，獲得了更好的測試效果，拓展了測試區(qū)間。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，導致測量誤差增大。為克服這一問題，研究團隊提出了兩種創(chuàng)新策略：
1.CPP-R（帶環(huán)形護圈的CPP）：通過在外部分區(qū)增加環(huán)形護圈（Ring Collar），在高剪切速率下有效抑制邊界破裂，提高測量穩(wěn)定性。如圖1a所示。
2.CPP-RS（帶環(huán)形階梯的CPP）：進一步優(yōu)化設(shè)計，將護圈與外部分區(qū)一體化加工，減少機械變形誤差，使實驗操作更加便捷。如圖1b-c所示。
實驗結(jié)果表明，CPP-RS和CPP-R均能夠顯著延長高剪切速率下的穩(wěn)定測量時間，以CPP-RS更為顯著，如圖2所示。通過圖3所示的方法計算得到法向應力差N1與N2，與傳統(tǒng)CPP方法相比提高了測量可靠性（如圖4所示），并且與其它測量方法得到的結(jié)果相吻合（如圖5所示）。在使用CPP-RS測量的過程中，樣品受到邊緣破裂和約束環(huán)的共同影響而產(chǎn)生形狀演變，其演變過程如圖6所示。且該演變過程與剪切速率密切相關(guān)，如圖7所示。
展望：推動高分子流變測量新標準
圖1。（a）CPP-R裝置示意圖。（b）CPP-RS裝置示意圖。（c）CPP-RS幾何結(jié)構(gòu)中樣品在錐板與內(nèi)板之間的放大示意圖，對應(b)中的結(jié)構(gòu)。
圖2。PS283k在170 ℃下使用CPP、CPP-R和CPP-RS測得的瞬態(tài)粘度（a）和瞬態(tài)表觀第一法向應力差（b）。內(nèi)板半徑為3 mm，初始樣品半徑為7.5 mm。實線和虛線分別表示包含tumbling項的IM模型的擬合結(jié)果。
該工作以“Normal Stress Rheometry of Polymer Melts with Partitioned Plate Fixtures”為題發(fā)表在《Journal of Rheology》上（2025年03月10日）。該論文被標注為Featured。論文的第一作者是希臘FORTH研究所李本科博士，通訊作者為希臘克里特大學與FORTH研究所Dimitris Vlassopoulos教授。
原文鏈接：https://doi.org/10.1122/8.0000977
