高分子熔体流变特性的研究对于流变理论和加工工艺来说,具有显著的意义。尽管高分子加工过程中的不稳定流动(熔体破裂)自20世纪60年代以来就被认为是高分子固有的特性,但依然缺乏清楚的分子机理。另外,不稳定流动常常伴随着壁滑,使得现象的研究更为复杂。2006年以来,美国Akron大学的王十庆教授课题组利用粒子示踪(Particle Tracking Velocimetry, PTV)技术在高分子体系中观测到剪切非均匀性,包括剪切过程中的剪切断层和剪切停止后的非静态松弛,这为高分子流变学科带来了崭新的思想。因此在2009年,美国国家自然科学基金支持五个课题组联合去重复这一现象。在本课题中,我们利用自制高温锥-板流变仪(最大扭矩是10 Nm,而商业流变仪只有0.2 Nm量程)并结合粒子示踪技术,去研究高粘度聚氧化乙烯(poly(ethylene oxide), PEO)熔体的非线性流变行为(包括有壁滑和无壁滑时的情况)。在光滑金属表面,高于某一临界应变,PEO熔体在剪切停止后呈现延迟壁滑现象。用粘胶技术抑制壁滑后,高于某一临界应变,PEO熔体在剪切停止后呈现内部宏观运动。两类实验的临界应变都在一个单位左右,并可用王十庆的理论进行估算。这种高分子熔体的非静态松弛现象之前只在文献中被报道过一次(常温熔体),我们的PTV实验是第一次在高温熔体中观测到这种现象。