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  法向應力差（Normal Stress Differences）是決定高分子材料在剪切流動中的穩定性及其加工性能的關鍵因素。然而，在實驗中，如何可靠地測量第一和第二法向應力差（N₁和N₂）一直是流變學領域的重要挑戰，尤其是在高剪切速率條件下。

  近日，希臘FORTH研究所Dimitris Vlassopoulos教授和李本科博士在在Journal of Rheology發表最新研究，報道了一種改進的錐形分區平板（CPP，Cone-Partitioned Plate）幾何結構及新的測量方法，可有效突破高剪切速率測量瓶頸，并顯著提高法向應力差N₁和N₂的測量精度。

  Dimitris Vlassopoulos教授長期進行聚合物非線性流變研究，通過改進商用分離型椎板夾具CPP（cone-partitioned-plate）的設計，并標準化了測試方法，獲得了更好的測試效果，拓展了測試區間。雖然CPP夾具延緩了剪切測試過程中邊緣破裂，然而仍然不能完全滿足于科研需要。在高剪切速率（高）下，邊緣破裂依然困擾著聚合物熔體的剪切流變測試，導致測量誤差增大。為克服這一問題，研究團隊提出了兩種創新策略：

  1.CPP-R（帶環形護圈的CPP）：通過在外部分區增加環形護圈（Ring Collar），在高剪切速率下有效抑制邊界破裂，提高測量穩定性。如圖1a所示。

  2.CPP-RS（帶環形階梯的CPP）：進一步優化設計，將護圈與外部分區一體化加工，減少機械變形誤差，使實驗操作更加便捷。如圖1b-c所示。

  實驗結果表明，CPP-RS和CPP-R均能夠顯著延長高剪切速率下的穩定測量時間，以CPP-RS更為顯著，如圖2所示。通過圖3所示的方法計算得到法向應力差N₁與N₂，與傳統CPP方法相比提高了測量可靠性（如圖4所示），并且與其它測量方法得到的結果相吻合（如圖5所示）。在使用CPP-RS測量的過程中，樣品受到邊緣破裂和約束環的共同影響而產生形狀演變，其演變過程如圖6所示。且該演變過程與剪切速率密切相關，如圖7所示。

展望：推動高分子流變測量新標準

圖1。（a）CPP-R裝置示意圖。（b）CPP-RS裝置示意圖。（c）CPP-RS幾何結構中樣品在錐板與內板之間的放大示意圖，對應(b)中的結構。

圖2。PS283k在170 ℃下使用CPP、CPP-R和CPP-RS測得的瞬態粘度（a）和瞬態表觀第一法向應力差（b）。內板半徑為3 mm，初始樣品半徑為7.5 mm。實線和虛線分別表示包含tumbling項的IM模型的擬合結果。

  該工作以“Normal Stress Rheometry of Polymer Melts with Partitioned Plate Fixtures”為題發表在《Journal of Rheology》上（2025年03月10日）。該論文被標注為Featured。論文的第一作者是希臘FORTH研究所李本科博士，通訊作者為希臘克里特大學與FORTH研究所Dimitris Vlassopoulos教授。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1122/8.0000977