拉伸變硬

拉伸變硬（Extension Thickening），又名拉伸增稠，即拉伸應力達到某一數值開始，拉伸粘度λ隨應力繼續增大而增加，並在某一應力數值達到新的平衡值。常見於具有支鏈的低密度聚乙烯、聚異丁烯及聚苯乙烯等的收斂流動過程中。

區別

拉伸變稀：當拉應力達到某一數值開始，拉伸粘度λ隨應力增加而降低，然後達到一新的平衡值。常見於聚丙烯和聚乙烯等的收斂流動過程中。

產生過程

在聚合物流體的收斂流動或拉伸流動過程中，聚合物液體會產生很大的拉伸應變，它表現為柔性分子鏈流動中逐漸伸展和取向。拉伸變硬和拉伸變稀都是在聚合物流體在收斂流動過程中拉應力增加而引起拉伸粘度的增加或減少而產生的。因此拉伸粘度至關重要。

拉伸粘度

與剪切流動一樣，拉伸流動也有一個拉伸粘度。拉應力σ與拉伸應變速率έ的比值。拉伸粘度主要與拉伸溫度有關。即：λ(T)=σ/έ

拉伸方式

拉伸應力分為單軸拉伸和雙軸拉伸，因此拉伸粘度可以分為單軸拉伸粘度和雙軸拉伸粘度。單軸拉伸即是聚合物收到一個方向上的拉伸。單軸拉伸時，έ=dε/dt=1/L dL/dt ，σ=λέ=λ(dv_z/dz)，這時λ=3η；雙軸拉伸是聚合物在同一平面的兩個相互垂直的方向上受到的拉伸。當兩個方向的拉應力相等時，則平面在兩個方向的伸長應變是均勻和相等的：ε_xx=ε_y=ε；拉伸粘度和剪切粘度的關係，與楊氏模量和剪切模量的關係相似，對於牛頓液體雙軸拉伸時的粘度λ_⊥是單拉伸時粘度λ的兩倍，所以λ_⊥=2λ=6η軸。小分子液體和低剪切速率下高聚物熔體的拉伸粘度與應力無關。

高聚物熔體拉伸粘度的幾個類型

高聚物熔體拉伸粘度與應力的關係大致可分為三種類型：第一類是即使應力很高，拉伸粘度仍與應力無關；第二類材料像聚丙烯，其拉伸粘度隨應力的增加而降低直至一個平台（拉伸變稀）；第三類材料是拉伸變稠型（拉伸變硬），拉伸粘度隨應力的增加而增加至一個平台。其他高聚物材料如聚丁烯，聚苯乙烯的拉伸粘度都隨應力的增加而增大，高密度聚乙烯的拉伸粘度隨應力的增加而減小，有機玻璃、ABS樹脂、聚醯胺、聚甲醛的拉伸粘度則與應力無關。

拉伸粘度的試驗測定

單軸拉伸粘度的實驗測定方法有在給定應力下測形變速率，則外加拉力須隨拉伸時斷面積的減小而自動減小。也可在給定形變速率下測拉伸力，還有從等溫紡絲以及毛細管擠出的入口效應等試驗推算。
雙軸拉伸粘度可用雙軸拉伸機或類似爆破測試的原孔吹脹法測定。實例如穩態拉伸流動的梅斯納斯（Meissner）拉伸流變儀。

拉伸粘度的工藝學意義

拉伸粘度在高聚物加工工藝（如纖維紡絲、混煉、薄膜壓延、注塑、瓶子和薄膜的吹塑等）中具有重要的意義。紡絲過程中，在接近毛細管或噴絲板的入口區以及在出毛細管後的纖維卷繞過程中，都會產生單軸拉伸形變。在進入混煉機滾筒或壓延機滾筒間隙的入口區也會產生較大的拉伸形變。在注塑機和擠出機中，當高聚物流經截面積有變化的料道時，都會引起拉伸流動。在吹塑中產生的則是雙軸拉伸。

不同高聚物熔體在高應力時拉伸行為的差異直接與工藝過程和尺寸穩定性有關。如果拉伸粘度隨應力增加而增加，那麼纖維紡絲和薄膜的拉制過程就會變得比較容易和穩定。例如，紡絲過程中，在纖維中產生一個薄弱點，它就會導致該點截面積的減小和拉伸率的增加，而拉伸速率的增加又會引起拉伸粘度的增加，這就阻礙了對薄弱部位的進一步拉伸。任何局部的缺陷或應力集中都將「大」化「小」，「小」化「了」，最終可使形變是均勻的。相反，如果拉伸粘度隨應力增加而減小，那麼局部的細小疵點和應力集中將促使拉伸粘度降低，材料可能完全破裂。

拉伸變硬的應用

1、高分子液體的可紡性非常強烈的依賴於其拉伸粘度行為。在纖維的紡絲過程，對於拉伸流動占優勢的這一過程，必須穩定且絲條不會突然拉斷，其重要性十分清楚。在正常的操作條件下，沿絲條的張力應當仔細選擇防止斷裂，並應十分留心小擾動的傳播和擴大。在這類物理過程中，此種擾動某種程度上是不可避免的。紡絲線的穩定性是廣泛的研究領域。可以假定直徑因故發生了變化，根據簡單的連續性考慮，應當預料單纖維的較細絲條部分的其它部分移動較快，即絲條中較細窄部分的拉伸應變速率要更高一些。假如高分子液體是變稀的，那麼纖維細窄部分的拉伸阻力將減小，這一部分絲條的運動將會進一步加速，纖維變得越來越細，最終可能斷裂，各種力學性能也可能降低。另一方面，假如高分子液體是拉伸變硬的，那麼纖維細窄部分的阻力將增大，纖維中的流動將減慢下來，半徑會增加且預料會回復到絲條其他部分的半徑。所以，拉伸變硬在這一過程中是穩定因素。

2、對於高分子熔體，在非織造布專用聚丙烯拉伸流動性能研究中發現，隨著應變率的增加，熔體粘度先增加，後下降。當應變率達到一定值後熔體斷裂。因此，要使熔體的拉伸粘度增加到一定值，趨於穩定，可以使長絲強度穩定，不斷絲。PPU1780F1拉伸粘度高，彈性小，故適宜用作擠壓法非織造專用聚合物，而NX50081彈性好，拉伸粘度低，故不宜過多拉伸，可選作為注塑模壓成型製品。

3、在吹塑薄膜方面，高熔體強度聚丙烯的性能與應用中表明，HMSPP具有較高的熔體強度和應變硬化的特性，有利於製品性能的提高和加工工藝的控制，拓展了PP在擠出發泡、高速塗覆、吹塑薄膜、大型吹塑等應用領域。

參考文獻

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