流变拉伸测试 | 聚乙烯长链分支结构-优化生产工艺

聚乙烯是一种常用于包装行业（塑料袋或包装膜）的部分结晶热塑性聚合物。聚乙烯以不同的结构形式存在，主要区别在于其分支结构。沿主链的分支程度决定了它的机械性能。分支结构还可以影响聚乙烯的熔体黏度，通常长侧链越多黏度就越高。

聚乙烯熔体通常可以通过小振幅振荡剪切（SAOS）来表征黏度。然而，诸如吹塑或纤维纺丝等许多技术工艺主要是拉伸形变，而不是剪切形变。测量聚合物熔体的拉伸特性不仅能为优化加工工艺提供重要信息，而且还有利于建立结构-性能关系。拉伸试验的主要目标之一是探究材料的应变硬化特性。换言之，拉伸黏度随着所施加拉伸应变速率的增加而升高。这种应变硬化主要由长支链支配，通常支化度越高，拉伸黏度增加越显著。

本应用介绍并讨论了利用HAAKE MARS流变仪和SER拉伸工具，对高支化低密度聚乙烯（LDPE）和弱支化高密度聚乙烯（HDPE）拉伸试验的结果。

测试仪器

Thermo Scientific^™ HAAKE^™ MARS^™流变仪、辐射对流炉温控、SER拉伸工具

如图1所示，测试是基于两个反向旋转的回绕筒，矩形试样被夹持装置固定在回绕筒上。两个回绕筒以相同的速度反向旋转，施加一个单轴形变的拉伸场。除了测量拉伸黏度外，SER工具还可用于固体拉伸试验、撕裂和剥离试验，以及摩擦试验。

试验是在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的拉伸应变速率下测试。图2为拉伸黏度η_E与试验时间关系图，显示了在不同拉伸应变速率下，对HDPE进行若干次拉伸试验的结果，其值为3倍（特鲁顿比值）的剪切黏度。瞬态剪切黏度通过使用锥板转子的旋转试验获得的。

如图2所示，线性HDPE与线性黏弹性响应相比无任何偏差，因此即使在最高拉伸应变速率下，也不存在应变硬化。说明主链的分支即使存在也很小且不足以影响结果。与此相反，LDPE表现出拉伸黏度与线性黏弹性响应有明显偏差以及强烈的应变硬化效应，如图3所示。随着拉伸速率的降低，LDPE的发生应变硬化需要更长的试验时间。

总结

赛默飞HAAKE MARS旋转流变仪通过配置SER拉伸工具可对聚合物进行拉伸试验。通过拉伸试验可以探究材料的应变硬化特性，利用此特性可以有效鉴定聚合物的支化结构，进而为某些加工工艺（如吹塑或薄膜生产）建模。此外，拉伸黏度还可用于试样鉴别，进而用于质量控制。