法向应力差（Normal Stress Differences）是决定高分子材料在剪切流动中的稳定性及其加工性能的关键因素。然而，在实验中，如何可靠地测量第一和第二法向应力差（N₁和N₂）一直是流变学领域的重要挑战，尤其是在高剪切速率条件下。

  近日，希腊FORTH研究所Dimitris Vlassopoulos教授和李本科博士在在Journal of Rheology发表最新研究，报道了一种改进的锥形分区平板（CPP，Cone-Partitioned Plate）几何结构及新的测量方法，可有效突破高剪切速率测量瓶颈，并显著提高法向应力差N₁和N₂的测量精度。

  Dimitris Vlassopoulos教授长期进行聚合物非线性流变研究，通过改进商用分离型椎板夹具CPP（cone-partitioned-plate）的设计，并标准化了测试方法，获得了更好的测试效果，拓展了测试区间。虽然CPP夹具延缓了剪切测试过程中边缘破裂，然而仍然不能完全满足于科研需要。在高剪切速率（高）下，边缘破裂依然困扰着聚合物熔体的剪切流变测试，导致测量误差增大。为克服这一问题，研究团队提出了两种创新策略：

  1.CPP-R（带环形护圈的CPP）：通过在外部分区增加环形护圈（Ring Collar），在高剪切速率下有效抑制边界破裂，提高测量稳定性。如图1a所示。

  2.CPP-RS（带环形阶梯的CPP）：进一步优化设计，将护圈与外部分区一体化加工，减少机械变形误差，使实验操作更加便捷。如图1b-c所示。

  实验结果表明，CPP-RS和CPP-R均能够显著延长高剪切速率下的稳定测量时间，以CPP-RS更为显著，如图2所示。通过图3所示的方法计算得到法向应力差N₁与N₂，与传统CPP方法相比提高了测量可靠性（如图4所示），并且与其它测量方法得到的结果相吻合（如图5所示）。在使用CPP-RS测量的过程中，样品受到边缘破裂和约束环的共同影响而产生形状演变，其演变过程如图6所示。且该演变过程与剪切速率密切相关，如图7所示。

展望：推动高分子流变测量新标准

图1。（a）CPP-R装置示意图。（b）CPP-RS装置示意图。（c）CPP-RS几何结构中样品在锥板与内板之间的放大示意图，对应(b)中的结构。

图2。PS283k在170 ℃下使用CPP、CPP-R和CPP-RS测得的瞬态粘度（a）和瞬态表观第一法向应力差（b）。内板半径为3 mm，初始样品半径为7.5 mm。实线和虚线分别表示包含tumbling项的IM模型的拟合结果。

  该工作以“Normal Stress Rheometry of Polymer Melts with Partitioned Plate Fixtures”为题发表在《Journal of Rheology》上（2025年03月10日）。该论文被标注为Featured。论文的第一作者是希腊FORTH研究所李本科博士，通讯作者为希腊克里特大学与FORTH研究所Dimitris Vlassopoulos教授。

  原文链接：https://doi.org/10.1122/8.0000977