小振幅振動剪切流動

振動剪切流動如圖所示，上板固定，下板來回運動，兩板間的流體發(fā)生振動剪切形變：A(t)=A0sin(ωt)

式中A0是振幅，ω是角頻率。當振幅A0在較小的數(shù)值時，聚合物流動呈現(xiàn)線性粘彈特性；當振幅A0超過一臨界數(shù)值時，流動行為變成非線性。不同聚合物結構具有不同的臨界振幅值。通常，這個臨界振幅值小于0.2。人們習慣稱這樣的流動為小振幅振動剪切流動。

小振幅振動剪切流動流場中的速度ux、剪切速率γ、剪切應力τ的表達為： 

γ=γ0cos(ωt)

τ(t)= τ0sin(ωt+δ)

式中：γ0為剪切速率的振幅，δ是相位角。

由于相位差的存在，模量(應力與應變的比)與粘度都是復數(shù)，分別稱為復數(shù)模量G*與復數(shù)粘度η*。

上面各式中，G′表示聚合物在形變過程中由于彈性形變而儲存的能量，稱為儲能模量；G″表示形變時以熱的形式而損耗的能量，稱為損耗模量。η′稱為動態(tài)粘度，tgδ稱為損耗角正切，與粘性耗散相關。在頻率掃描曲線上出現(xiàn)tgδ峰值稱為內耗峰，其位置與形狀具有“指紋”特性，與聚合物大分子結構運動相關。

當振動振幅超過一定數(shù)值后，應力響應不再呈線性關系，而是多重諧波，這樣的流動稱為大振幅振動剪切流動。

瞬態(tài)剪切流動

聚合物在加工成型時，必定要經(jīng)歷開始流動與停止流動兩個階段。在開始流動時，聚合物內部結構與粘彈特性不斷變化，其應力也不斷增大。研究這個起始流動的實驗稱為應力增長實驗。當外力停止以后，流動隨之停止，變了形的聚合物大分子鏈結構在其本身所貯存的彈性能的作用下發(fā)生回復，其應力也隨之下降，這個過程常稱為應力松弛。瞬態(tài)剪切流動包括應力增長與應力松弛兩個部分。

在應力增長示意圖中，當流體的剪切速率比較低的時候，約化剪切應力單調增加。但剪切速率較高時，出現(xiàn)了應力過沖現(xiàn)象。達到應力最大值的時間隨著剪切速率的提高而縮短，而這個最大值卻隨著剪切速率的提高而上升。約化法向應力增長也有相同的行為。已經(jīng)證明，應力過沖行為還與聚合物的結構密切相關。也就是說，應力過沖實驗研究有可能提示聚合物的內部結構的差異。在應力松弛示意圖中，原始的剪切速率越大，應力松弛速度越快。同樣，松弛曲線的形狀和下降速度還與聚合物的內部結構密切相關。

單軸拉伸流動

在聚合物加工中，紡絲是典型的單軸拉伸過程。另外，在錐形或楔形流道中，流體經(jīng)歷剪切拉伸變形。因此，只有在中心線的位置，流動可視為純粹單軸拉伸流動。在高拉伸速率下，通過拉絲實驗進行的單軸拉伸很難達到穩(wěn)定拉伸流動階段。因此，由此實驗測定的只是瞬態(tài)拉伸粘度ηe+。典型的瞬態(tài)拉伸粘度隨時間的變化過程見圖。

圖中曲線表明：在開始階段，拉伸粘度隨時間單調增加。然后，由于拉伸速率的不同而表現(xiàn)出不同的行為。如果拉伸速率很低，ηe+~t曲線可達到一平衡值，ηee+=3η0，稱為Trouton 粘度。在稍高的拉伸速率的作用下，當拉伸粘度增長一定時間后，ηe+~t曲線開始往上翹，并常在還沒有達到平衡值時由于熔融單絲斷裂而中斷實驗。通常，把這種拉伸粘度突然增大的現(xiàn)象稱為應變硬化。在拉伸流動中，很多聚合物表現(xiàn)出這種應變硬化行為。而且，這種應變硬化行為與聚合物分子量分布、支化程度等的大分子結構相關。因此有可能通過測定瞬態(tài)拉伸粘度的實驗來表征聚合物大分子結構。