聚乙烯是一種常用于包裝行業(yè)（塑料袋或包裝膜）的部分結(jié)晶熱塑性聚合物。聚乙烯以不同的結(jié)構(gòu)形式存在，主要區(qū)別在于其分支結(jié)構(gòu)。沿主鏈的分支程度決定了它的機(jī)械性能。分支結(jié)構(gòu)還可以影響聚乙烯的熔體黏度，通常長側(cè)鏈越多黏度就越高。

聚乙烯熔體通常可以通過小振幅振蕩剪切（SAOS）來表征黏度。然而，諸如吹塑或纖維紡絲等許多技術(shù)工藝主要是拉伸形變，而不是剪切形變。測(cè)量聚合物熔體的拉伸特性不僅能為優(yōu)化加工工藝提供重要信息，而且還有利于建立結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系。拉伸試驗(yàn)的主要目標(biāo)之一是探究材料的應(yīng)變硬化特性。換言之，拉伸黏度隨著所施加拉伸應(yīng)變速率的增加而升高。這種應(yīng)變硬化主要由長支鏈支配，通常支化度越高，拉伸黏度增加越顯著。

本應(yīng)用介紹并討論了利用HAAKE MARS流變儀和SER拉伸工具，對(duì)高支化低密度聚乙烯（LDPE）和弱支化高密度聚乙烯（HDPE）拉伸試驗(yàn)的結(jié)果。

測(cè)試儀器

Thermo Scientific^™ HAAKE^™ MARS^™流變儀、輻射對(duì)流爐溫控、SER拉伸工具

如圖1所示，測(cè)試是基于兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的回繞筒，矩形試樣被夾持裝置固定在回繞筒上。兩個(gè)回繞筒以相同的速度反向旋轉(zhuǎn)，施加一個(gè)單軸形變的拉伸場(chǎng)。除了測(cè)量拉伸黏度外，SER工具還可用于固體拉伸試驗(yàn)、撕裂和剝離試驗(yàn)，以及摩擦試驗(yàn)。

試驗(yàn)是在0.01 s^-1、0.05 s^-1、0.1 s^-1、0.5 s^-1、1.0 s^-1和5.0 s^-1的拉伸應(yīng)變速率下測(cè)試。圖2為拉伸黏度η_E與試驗(yàn)時(shí)間關(guān)系圖，顯示了在不同拉伸應(yīng)變速率下，對(duì)HDPE進(jìn)行若干次拉伸試驗(yàn)的結(jié)果，其值為3倍（特魯頓比值）的剪切黏度。瞬態(tài)剪切黏度通過使用錐板轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)獲得的。

如圖2所示，線性HDPE與線性黏彈性響應(yīng)相比無任何偏差，因此即使在最高拉伸應(yīng)變速率下，也不存在應(yīng)變硬化。說明主鏈的分支即使存在也很小且不足以影響結(jié)果。與此相反，LDPE表現(xiàn)出拉伸黏度與線性黏彈性響應(yīng)有明顯偏差以及強(qiáng)烈的應(yīng)變硬化效應(yīng)，如圖3所示。隨著拉伸速率的降低，LDPE的發(fā)生應(yīng)變硬化需要更長的試驗(yàn)時(shí)間。

總結(jié)

賽默飛HAAKE MARS旋轉(zhuǎn)流變儀通過配置SER拉伸工具可對(duì)聚合物進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。通過拉伸試驗(yàn)可以探究材料的應(yīng)變硬化特性，利用此特性可以有效鑒定聚合物的支化結(jié)構(gòu)，進(jìn)而為某些加工工藝（如吹塑或薄膜生產(chǎn)）建模。此外，拉伸黏度還可用于試樣鑒別，進(jìn)而用于質(zhì)量控制。