第二節　高分子材料流體的拉伸流動

剪切流動是高分子材料流體的一種基本流動形式，它還有另一種基本流動形式，即拉伸流動。拉伸流動在高分子材料加工過程中也經常出現，如單絲、纖維、薄膜、中空吹塑等制品的加工，都存在高分子流體的拉伸流動。

一、拉伸流動與拉伸黏度

拉伸流動的特點是流體流動的速度梯度方向與流動方向相平行，即產生了縱向的速度梯度場，此時流動速度沿流動方向改變。拉伸流動中速度梯度的變化見圖1-5。

通常在流體流動中，凡是發生了流線收斂或發散的流動都包含拉伸流動成分。

拉伸流動又可按拉伸是沿一個方向或相互垂直的兩個方向同時進行而分為單軸（亦稱“單向”）和雙軸拉伸流動。單絲生產屬于單軸拉伸工藝，雙向拉伸薄膜和塑料薄膜生產屬于雙軸拉伸工藝。

對于牛頓流體，拉伸應力σ與拉伸應變速率ε之間有類似于牛頓流動定律的關系

　　（1-13）

式中　λ——拉伸黏度。

在低拉伸應變速率下，高分子材料熔體服從式（1-13）。此時拉伸黏度為常數；當拉伸應變速率增大時，高分子材料熔體的非牛頓型變得顯著，其拉伸黏度不再為常數，隨拉伸應變速率或拉伸應力而變化。對于不同的高分子材料，其拉伸黏度隨拉伸應變速率或拉伸應力的變化趨勢不同。圖1-6給出了三類典型的λ-σ關系及與這些聚合物剪切黏度的對照。

由圖1-6（b）可見，一些高分子流體的λ-σ關系如曲線1所示，拉伸黏度隨拉伸應力的增加而增大，一般支化高分子化合物如LDPE屬于此類；另一些高分子流體的拉伸黏度幾乎與拉伸應力無關，如曲線3、4、5；還有一類高分子，拉伸黏度隨拉伸應力的增大而減少，一般高聚合度的線性聚合物屬于此類，如曲線2。

由圖1-6（a）和（b）的對比可知：在剪切應力作用下，熔體的表觀黏度隨剪切應力增大而下降的高分子材料，在拉伸應力作用下其熔體的表觀黏度就不一定隨拉伸應力的增大而下降。

二、拉伸流動與剪切流動的關系

拉伸黏度與剪切黏度的關系為λ=3η。多數情況下，剪切黏度隨剪切應力的增加而大幅度下降，但拉伸黏度隨拉伸應力的增加而增加（即使有下降，其下降幅度也很小），因此在大應力的情況下，拉伸黏度不再等于剪切黏度的三倍，前者可能較后者大一個甚至兩個數量級。