第二节　高分子材料流体的拉伸流动

剪切流动是高分子材料流体的一种基本流动形式，它还有另一种基本流动形式，即拉伸流动。拉伸流动在高分子材料加工过程中也经常出现，如单丝、纤维、薄膜、中空吹塑等制品的加工，都存在高分子流体的拉伸流动。

一、拉伸流动与拉伸黏度

拉伸流动的特点是流体流动的速度梯度方向与流动方向相平行，即产生了纵向的速度梯度场，此时流动速度沿流动方向改变。拉伸流动中速度梯度的变化见图1-5。

图1-5　拉伸流动中速度梯度的变化图

通常在流体流动中，凡是发生了流线收敛或发散的流动都包含拉伸流动成分。

拉伸流动又可按拉伸是沿一个方向或相互垂直的两个方向同时进行而分为单轴（亦称“单向”）和双轴拉伸流动。单丝生产属于单轴拉伸工艺，双向拉伸薄膜和塑料薄膜生产属于双轴拉伸工艺。

对于牛顿流体，拉伸应力σ与拉伸应变速率ε之间有类似于牛顿流动定律的关系

　　（1-13）

式中　λ——拉伸黏度。

在低拉伸应变速率下，高分子材料熔体服从式（1-13）。此时拉伸黏度为常数；当拉伸应变速率增大时，高分子材料熔体的非牛顿型变得显著，其拉伸黏度不再为常数，随拉伸应变速率或拉伸应力而变化。对于不同的高分子材料，其拉伸黏度随拉伸应变速率或拉伸应力的变化趋势不同。图1-6给出了三类典型的λ-σ关系及与这些聚合物剪切黏度的对照。

图1-6　三种典型的λ-σ关系及与这些聚合物剪切黏度的对照

1—LDPE（170℃）；2—乙-丙共聚物（230℃）；3—PMMA（250℃）；4—POM（200℃）；5—PA-66（285℃）

由图1-6（b）可见，一些高分子流体的λ-σ关系如曲线1所示，拉伸黏度随拉伸应力的增加而增大，一般支化高分子化合物如LDPE属于此类；另一些高分子流体的拉伸黏度几乎与拉伸应力无关，如曲线3、4、5；还有一类高分子，拉伸黏度随拉伸应力的增大而减少，一般高聚合度的线性聚合物属于此类，如曲线2。

由图1-6（a）和（b）的对比可知：在剪切应力作用下，熔体的表观黏度随剪切应力增大而下降的高分子材料，在拉伸应力作用下其熔体的表观黏度就不一定随拉伸应力的增大而下降。

二、拉伸流动与剪切流动的关系

拉伸黏度与剪切黏度的关系为λ=3η。多数情况下，剪切黏度随剪切应力的增加而大幅度下降，但拉伸黏度随拉伸应力的增加而增加（即使有下降，其下降幅度也很小），因此在大应力的情况下，拉伸黏度不再等于剪切黏度的三倍，前者可能较后者大一个甚至两个数量级。