Response of bulk polymer under motion with constant stretch histories

Summary An experimental investigation of the behavior of a polymer specimen for a constant stretch history has been conducted for both strip biaxial extensional flow and simple extensional flow. It had been shown previously that the stress functional of a non-Newtonian fluid under motion with constant stretch history reduces to a function of the threeRivlin-Ericksen tensors. Here it is shown that the second order approximation of a simple fluid is not capable of describing the steady-state viscosity in both types of flow under very slow motion. By considering higher orders, however, one may obtain the material constants necessary to describe steady-state non-Newtonian viscosity for both strip biaxial extensional flow and simple extension flow.Steady-state viscosities have been determined at various constant stretch histories using undiluted polyisobutylene.Newtonian viscosity in pure shear flow and simple extensional flow are also compared. To describe the transient state, a new model is used to incorporate elastic behavior into the theory.

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Zusammenfassung Eine experimentelle Untersuchung des Verhaltens einer Polymerprobe unter konstanter Dehnungsgeschwindigkeit wurde für ein- und zweiachsige Beanspruchung durchgeführt. Es wurde früher gezeigt, daß das Spannungsfunktional einer nicht-Newtonschen Flüssigkeit unter konstanter Dehnung auf eine Funktion von dreiRivlin-Ericksen-Tensoren reduziert werden kann. Hier wird gezeigt, daß die Näherung zweiter Ordnung für eine einfache Flüssigkeit nicht fähig ist, die stationäre Viskosität in diesen beiden Verformungstypen mit sehr langsamer Bewegung zu beschreiben. Unter Berücksichtigung der Glieder höherer Ordnung kann man jedoch die zur Beschreibung der stationären nicht-Newtonschen Viskosität nötigen Materialkonstanten für beide Verformungsarten erhalten.Stationäre Viskositäten wurden für einige konstante Dehngeschwindigkeiten an unverdünntem Polyisobutylen bestimmt.Newtonsche Viskosität bei reiner Schubverformung und einfacher Dehnströmung wird auch verglichen. Ein neues Modell wird für die Beschreibung des nicht-stationären Zustandes benötigt, um elastisches Verhalten in die Theorie einzubeziehen.

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This paper represents one phase of research performed by the Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology sponsored by the National Aeronautics and Space Administration, Contract NAS7-100.

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With 12 figures