如何正确地进行剪切流变测试(10)

图 4
Figure 4. The secondary flow occurs when sample under rotary geometry moves radially outward and sample on the static geometry moves radially inward.
对于具有一定弹性的样品，假设其自身的松弛时间为τ，当韦森堡数Wi = τγ˙大于1时，也可能会在低泰勒数(同轴圆筒)或者低雷诺数(平行板或者锥板)的条件下出现弹性非稳定二次流，这种二次流的出现也会造成剪切增稠的假象. 下文中，我们会对同轴圆筒和锥板以及平板出现二次流的边界条件进行更详细的讨论.
此外，在高度缠结的高分子溶液或者高分子熔体等黏度较高的体系中，剪切速率过高的时候可能会出现剪切带或者较强的壁面滑移，这种剪切速率的非均一分布往往有利于体系自由能的降低. 对于高分子熔体，在高剪切速率时，自由表面附近可能出现熔体破裂的现象. 这些现象的出现也都会导致测量体系的流场严重偏离简单剪切流场.
通常，剪切带、壁面滑移和熔体破裂等现象都会导致体系的应力减少及随之增强的剪切变稀效应(应力或者黏度随时间急剧下降). 对于一些极端的情况，甚至会出现剪切应力σ不随剪切速率γ˙γ˙的增加而增加的特殊现象(此时黏度η = σ/γ˙γ˙~γ˙β且β≤1).
为了减弱熔体破裂的现象带来的实验误差，通常可以采用锥板加组合板的特殊夹具(cone- partitioned plate，简称CPP夹具)(如图5所示). CPP夹具中，锥板(绿色)与马达相连，组合板分为2个部分，中心平板(尺寸小于锥板，灰色)和环绕中心平板的环状板(蓝色)，两者同轴且分离，共同组合成类似于与锥板同等大小的平板. 其中，中心板与传感器相连并记录扭矩，环状板与仪器相连且被固定. 测试过程中，一般熔体破裂发生在样品边缘. 因此，只要当破裂的边缘没有深入到中心板，所记录的扭矩受到边界熔体破裂的影响就可以忽略[25].