【摘要】 为了降低体系的复杂性，Alexander M. Bier等人用毛细管流变仪研究了两种不同摩尔质量的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，以排除结晶影响。

聚合物的拉伸粘度可以用不同的设备来测定，如Sentmanat后拉伸流变仪(SER)、Meissner后油浴流变仪或Münstedt后拉伸流变仪(MTR)，应变率高达10 S-1。

 

尽管这些研究已经很复杂，但它们不能描述发生较高拉伸应变率的真实纤维纺丝过程。因此，发展了一种新的方法来计算聚合物在纤维纺丝过程中的拉伸粘度。

 

为了降低体系的复杂性，Alexander M. Bier[1]等人用毛细管流变仪研究了两种不同摩尔质量的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，以排除结晶影响。聚合物链的直径是通过从芯片出口到吸入器的高速摄像机来确定的。

 

此外，还进行了模拟以描述聚合物链沿纺丝线的温度分布。通过校准气动拉伸装置(吸引器)中的力，可以确定聚合物的拉伸粘度与温度和应变速率的关系，最高可达100 S-1。

 

纺丝过程中讨论最多、争议最大的问题是拉伸粘度的影响。1906年，Trouton首次使用了这个术语。他证明了剪切和伸长之间存在因数3的联系。

 

由于这一点只在牛顿流体中得到证实，而聚合物通常不是牛顿流体，因此人们开发了不同的装置和方法来测量聚合物熔体的拉伸粘度。例如Sentmanat之后的拉伸流变仪(SER)、Meissner之后的油浴流变仪或Münstedt之后的拉伸流变仪(MTR)。

 

对于后两者，使用与聚合物熔体相同密度的油浴以避免熔体因重力而变形。这两个设备的设置也允许测量可恢复的伸长效应。各种伸长流变仪的概述可以在中找到。所有这些设备在低亨基应变中都有其局限性，或者只能在恒定的伸长率下执行，最大伸长率为10 S-1。

 

图1. 与纤维纺丝相比，普通拉伸流变仪达到的最大应变率概述。[1]

 

纤维纺丝过程中不同的输送量和吸入器气压参数也遵循相同的伸长应变随伸长粘度的变化规律。不同的模具不会导致不同的结果，这一点很重要，因为它再次表明，这种方法可以用于研究材料的拉伸行为，这实际上与所使用的参数和材料常数无关。

 

与PMMA 7N相比，PMMA 6N的应变硬化趋势可以解释为，对于两个模具，达到>1的值，看起来与其他设备(如“m<s:1> nstedt流变仪”)的应变硬化结果非常相似。

 

如果这真的是一种应变硬化现象，或者仅仅是由于测量误差造成的偏差，在这项工作中不能完全澄清，但由于应变硬化主要是由于长分子链和分支而发生的，这对于低分子量PMMA 6N来说不太可能。需要进一步研究并与其他PMMA 6N拉伸流变仪进行对比。

 

图2. PMMA 7N的弹性粘度(?e)与应变速率和温度有关。[1]

 

在这项研究中，两种无定形聚合物PMMA 7N和PMMA 6N在空气动力卷取装置上进行了纤维纺丝实验，研究了它们的拉伸流变行为。

 

他们提出了一种新的方法来测量纤维纺丝中出现的高达100 S-1的高伸长应变率的拉伸粘度，这在以前的其他实验中是从未达到的。

 

结合实验数据集和聚合物链的温度模拟，计算了所研究的非晶态聚合物的拉伸粘度与温度和延伸率的关系。这种方法现在可以扩展到其他聚合物体系，而不限于线性和低分子量聚合物。

 

温度和延伸率相关的拉伸粘度可以用Carreau类型的函数来控制。这项工作为更多地了解以前从未达到的高变形范围内的拉伸粘度铺平了道路。在进一步的研究中，这应该扩展到常用的聚合物，如PP或PET，在这些聚合物中，结晶起着重要作用。

 

[1] Bier, A.M., Arne, W. and Schubert, D.W. (2022), Novel High-Speed Elongation Rheometer. Macromol. Mater. Eng., 307: 2100974.

 

科学指南针已获得检验检测机构资质认定证书（CMA）、实验动物使用许可证、“ISO三体系认证”等专业认证，并荣获国家高新技术企业、国家“互联网+科研服务领军企业等多项荣誉。未来，科学指南针将继续朝着“世界级科研服务机构”的目标，在产品研发和用户服务等方面持续努力，为科学发展和技术创新做出更大贡献。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。