We have designed and constructed a portable extruder with a rotatable mandrel, which can be employed to study the multi-dimensional flow field (MDFF) induced crystallization of polymer combined with in situ wide angle x-ray scattering (WAXS). With the piston driving the melt sample to flow along the channel, a direct axial shear field is achieved. At the same time, the central mandrel keeps rotating under a stable speed, providing the sample with an additional circumferential shear field. By presetting different proportions of the two shear fields, namely, axial and circumferential, various flow states of the sample can be obtained, which makes it capable of investigating the effects of MDFF on polymer crystallization. We have performed an in situ WAXS experiment of MDFF induced crystallization of isotactic polypropylene based on the portable extruder at the beam line BL16B in Shanghai Synchrotron Radiation Facility. The rheological and structural information is collected simultaneously, which manifests the viability of the portable extruder on regulating MDFF and can provide guidance for polymer processing.

1.
Z.
Wang
,
Z.
Ma
, and
L.
Li
,
Macromolecules
49
,
1505
(
2016
).
2.
M. J.
Ko
,
N.
Waheed
,
M. S.
Lavine
, and
G. C.
Rutledge
,
J. Chem. Phys.
121
,
2823
(
2004
).
3.
H.
An
,
B.
Zhao
,
Z.
Ma
,
C.
Shao
,
X.
Wang
,
Y.
Fang
,
L.
Li
, and
Z.
Li
,
Macromolecules
40
,
4740
(
2007
).
4.
F.
van de Velde
,
H. S.
Rollema
,
N. V.
Grinberg
,
T. V.
Burova
,
V. Y.
Grinberg
, and
R. H.
Tromp
,
Biopolymers
65
,
299
(
2002
).
5.
R.
Lagasse
and
B.
Maxwell
,
Polym. Eng. Sci.
16
,
189
(
1976
).
6.
Y.-H.
Chen
,
G.-J.
Zhong
,
J.
Lei
,
Z.-M.
Li
, and
B. S.
Hsiao
,
Macromolecules
44
,
8080
(
2011
).
7.
J.-Z.
Xu
,
C.
Chen
,
Y.
Wang
,
H.
Tang
,
Z.-M.
Li
, and
B. S.
Hsiao
,
Macromolecules
44
,
2808
(
2011
).
8.
Z.
Wang
,
J.
Ju
,
J.
Yang
,
Z.
Ma
,
D.
Liu
,
K.
Cui
,
H.
Yang
,
J.
Chang
,
N.
Huang
, and
L.
Li
,
Sci. Rep.
6
,
32968
(
2016
) .
9.
J.
Ju
,
Z.
Wang
,
F.
Su
,
Y.
Ji
,
H.
Yang
,
J.
Chang
,
S.
Ali
,
X.
Li
, and
L.
Li
,
Macromol. Rapid Commun.
37
,
1441
(
2016
).
10.
H.
Huo
,
S.
Jiang
,
L.
An
, and
J.
Feng
,
Macromolecules
37
,
2478
(
2004
).
11.
X.
Sun
,
H.
Li
,
J.
Wang
, and
S.
Yan
,
Macromolecules
39
,
8720
(
2006
).
12.
D.
Liu
,
N.
Tian
,
K.
Cui
,
W.
Zhou
,
X.
Li
, and
L.
Li
,
Macromolecules
46
,
3435
(
2013
).
13.
B. S.
Hsiao
,
L.
Yang
,
R. H.
Somani
,
C. A.
Avila-Orta
, and
L.
Zhu
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
117802
(
2005
).
14.
A.
Lele
,
M.
Mackley
,
G.
Galgali
, and
C.
Ramesh
,
J. Rheol.
46
,
1091
(
2002
).
15.
P.
Panine
,
M.
Gradzielski
, and
T.
Narayanan
,
Rev. Sci. Instrum.
74
,
2451
(
2003
).
16.
N. V.
Pogodina
,
V. P.
Lavrenko
,
S.
Srinivas
, and
H. H.
Winter
,
Polymer
42
,
9031
(
2001
).
17.
C.
Van Den Heuvel
,
H.
Heuvel
,
W.
Fassen
,
J.
Veurink
, and
L.
Lucas
,
J. Appl. Polym. Sci.
49
,
925
(
1993
).
18.
S.
Vleeshouwers
and
H. E.
Meijer
,
Rheol. Acta
35
,
391
(
1996
).
19.
D. I.
Svergun
,
M. V.
Petoukhov
, and
M. H.
Koch
,
Biophys. J.
80
,
2946
(
2001
).
20.
S.
Nojima
,
K.
Kato
,
S.
Yamamoto
, and
T.
Ashida
,
Macromolecules
25
,
2237
(
1992
).
21.
P.
Keates
,
G.
Mitchell
,
E.
Peuvrel-Disdier
,
J.-B.
Riti
, and
P.
Navard
,
J. Non-Newtonian Fluid Mech.
52
,
197
(
1994
).
22.
B.
Struth
,
K.
Hyun
,
E.
Kats
,
T.
Meins
,
M.
Walther
,
M.
Wilhelm
, and
G.
Grübel
,
Langmuir
27
,
2880
(
2011
).
23.
F. J.
Medellin-Rodriguez
,
C.
Burger
,
B. S.
Hsiao
,
B.
Chu
,
R.
Vaia
, and
S.
Phillips
,
Polymer
42
,
9015
(
2001
).
24.
R. H.
Somani
,
B. S.
Hsiao
,
A.
Nogales
,
H.
Fruitwala
,
S.
Srinivas
, and
A. H.
Tsou
,
Macromolecules
34
,
5902
(
2001
).
25.
S.
Yamazaki
,
K.
Watanabe
,
K.
Okada
,
K.
Yamada
,
K.
Tagashira
,
A.
Toda
, and
M.
Hikosaka
,
Polymer
46
,
1675
(
2005
).
26.
P. K.
Agarwal
,
R. H.
Somani
,
W.
Weng
,
A.
Mehta
,
L.
Yang
,
S.
Ran
,
L.
Liu
, and
B. S.
Hsiao
,
Macromolecules
36
,
5226
(
2003
).
27.
C. A.
Avila-Orta
,
C.
Burger
,
R.
Somani
,
L.
Yang
,
G.
Marom
,
F. J.
Medellin-Rodriguez
, and
B. S.
Hsiao
,
Polymer
46
,
8859
(
2005
).
28.
L.
Fernandez-Ballester
,
D. W.
Thurman
, and
J. A.
Kornfield
,
J. Rheol.
53
,
1229
(
2009
).
29.
L.
Balzano
,
D.
Cavallo
,
T. B.
Van Erp
,
Z.
Ma
,
J.-W.
Housmans
,
L.
Fernandez-Ballester
, and
G. W.
Peters
, in
IOP Conference Series: Materials Science and Engineering
(
IOP Publishing
,
2010
), p.
012005
.
30.
K.
Hyun
,
B.
Struth
,
T.
Meins
, and
M.
Wilhelm
,
AIP Conf. Proc.
1027
,
1423
1425
(
2008
).
31.
Y. L.
Wu
,
J. H.
Brand
,
J. L.
van Gemert
,
J.
Verkerk
,
H.
Wisman
,
A.
van Blaaderen
, and
A.
Imhof
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
103902
(
2007
).
32.
R. K.
Gupta
,
V.
Pasanovic-Zujo
, and
S.
Bhattacharya
,
J. Non-Newtonian Fluid Mech.
128
,
116
(
2005
).
33.
R.
Prasad
,
V.
Pasanovic-Zujo
,
R. K.
Gupta
,
F.
Cser
, and
S. N.
Bhattacharya
,
Polym. Eng. Sci.
44
,
1220
(
2004
).
34.
A.
Bach
,
H. K.
Rasmussen
, and
O.
Hassager
,
J. Rheol.
47
,
429
(
2003
).
35.
J. K.
Nielsen
,
O.
Hassager
,
H. K.
Rasmussen
, and
G. H.
McKinley
,
J. Rheol.
53
,
1327
(
2009
).
36.
T.
Yan
,
B.
Zhao
,
Y.
Cong
,
Y.
Fang
,
S.
Cheng
,
L.
Li
,
G.
Pan
,
Z.
Wang
,
X.
Li
, and
F.
Bian
,
Macromolecules
43
,
602
(
2009
).
37.
M.
Sentmanat
,
B. N.
Wang
, and
G. H.
McKinley
,
J. Rheol.
49
,
585
(
2005
).
38.
M. L.
Sentmanat
,
Rheol. Acta
43
,
657
(
2004
).
39.
Y.
Liu
,
W.
Zhou
,
K.
Cui
,
N.
Tian
,
X.
Wang
,
L.
Liu
,
L.
Li
, and
Y.
Zhou
,
Rev. Sci. Instrum.
82
,
045104
(
2011
).
40.
G.
Shepherd
,
H.
Clark
, and
G.
Pearsall
,
Polym. Eng. Sci.
16
,
827
(
1976
).
41.
J.
Long
,
S.
Kaizhi
,
J.
Jiliang
, and
G.
Qing
,
J. Appl. Polym. Sci.
69
,
323
(
1998
).
42.
M.
Nie
,
Q.
Wang
, and
S.
Bai
,
Polym. Eng. Sci.
50
,
1743
(
2010
).
43.
W.
Liu
,
M.
Nie
, and
Q.
Wang
,
RSC Adv.
4
,
47793
(
2014
).
44.
D. T.
Fisher
,
S. A.
Clayton
,
D. V.
Boger
, and
P. J.
Scales
,
J. Rheol.
51
,
821
(
2007
).
45.
A.
Keller
and
J.
Kolnaar
,
Orientational Phenomena in Polymers
(
Springer
,
1993
), pp.
81
102
.
46.
A. T.
Jones
,
J. M.
Aizlewood
, and
D.
Beckett
,
Macromol. Chem. Phys.
75
,
134
(
1964
).
47.
W.
Xu
,
D. C.
Martin
, and
E. M.
Arruda
,
Polymer
46
,
455
(
2005
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.