为了原位研究高速拉伸等远离平衡态条件下高分子材料的结构演化规律，工程实验室根据不同研究样品体系，成功研制了一系列单轴拉伸流变装置，包括（a）超快速拉伸流变装置，（b）低温拉伸流变装置，（c）高温高压拉伸流变装置和（d）溶液环境拉伸流变装置。具体情况如下：
(i) 超快速拉伸流变装置：为了保证在高速拉伸的同时尽量避免电机加速过程对拉伸前期应变速率的影响，选用高速电机和高速离合器配合实现样品拉伸。配置高精度角度传感器可精确校准，可实现0.01至250 s-1的宽应变速率。配合可精确控温的样品加热腔，该装置最高可加热至230℃。可实现的温度和应变速率参数，基本涵盖了大部分高分子材料的加工和使用条件，工程实验室利用本装置实现了氟橡胶F2314、聚乙烯、聚丙烯等材料的高速拉伸，部分工作已发表。
(ii) 低温拉伸流变装置：该装置拉伸系统所选取电机和减速机配合，可实现最低0.0025 s-1、最高30 s-1的应变速率，最高扭矩高达40 Nm。控温系统降温媒介为液氮，通过液氮流量阀控制液氮进出和流量，进而控制温度，最低可达-150 ℃。目前，工程实验室成员采用本装置系统研究了天然橡胶、丁基橡胶和硅橡胶等材料的低温拉伸诱导结晶行为。
(iii) 高温高压拉伸流变装置：该装置可提供高温140 ºC，高压270 kPa的薄膜拉伸气氛条件，结合同步辐射X射线散射等原位检测手段，可成功实现高温高压气氛下高分子材料拉伸过程的力学及结构信息的原位跟踪。利用该装置，工程实验室成员致力于研究尼龙等材料在高温高压下拉伸过程中的晶型转变，观测到PA6薄膜在常规空气环境下未观察到的晶型转变过程，为高温高压下高分子材料远离平衡态下的结构转变提供了新的方法和思路。
(iv) 溶液环境拉伸装置：聚乙烯醇(PVA)偏光片加工涉及膨润、水洗、染色、拉伸、硼酸交联等流程，是在碘溶液、硼酸溶液环境下实施。为模拟PVA偏光片后拉伸加工，实现加工过程中PVA晶格、片晶、纳米纤维、PVA-I3-复合晶体等多尺度结构演化原位跟踪，工程实验室研制了与同步辐射X射线散射联用的溶液环境拉伸装置。通过光路设计与X射线波长调节克服了碘溶液对散射强度的强吸收，首次实现了碘溶液中PVA拉伸过程的原位跟踪。此外，装置可同时实现温度、湿度精确控制，广泛适用于水凝胶等体系测试研究。日本北海道大学研究团队利用该装置开展了自愈性水凝胶疲劳断裂研究，相关工作已发表在顶级期刊PNAS杂志上（Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(14), 7606-7612）。