蠕变、应力松弛、滞后、内耗

01聚合物蠕变蠕变

在恒定温度、较小的恒定外力作用下，材料的形变随时间的增加而逐渐增大的现象，称为形变。

蠕变过程中包括三种形变：（1）瞬时普弹形变（虎克弹性）特征：施加应力，形变瞬时产生，除去外力，立即恢复。（2）高弹形变特征：通过链段的运动逐渐展开，形变量大，且形变的发展与时间有关，恢复也是逐渐进行的。（3）黏性形变——永久变形特征：黏性形变的发展与时间呈线性关系，外力除去后，不能恢复。例如,软PVC丝悬挂一定重量的砝码,就会慢慢地伸长,解下砝码后,又会慢慢缩回去,这就是典型的蠕变现象。对于工程塑料,要求蠕变越小越好,对于蠕变严重的材料,使用时需采取必要补救措施。如硬PVC有良好的抗腐蚀性能,可用于加工化工管道、容器等设备,但它容易蠕变,使用时必须增加支架以防止蠕变.PFTE是塑料中摩擦系数最小的,由于其蠕变现象严重,所以不能用作机械零件,但却是很好的密封材料.为探究GFRP锚杆在循环荷载下的黏结锚固性能，在软岩地基边坡开展GFRP锚杆现场拉拔试验，通过光纤光栅应变传感器测量技术进行研究。结果表明:循环荷载作用下锚杆杆体与锚固体的黏结蜕化深度小于锚杆的有效锚固长度,黏结蜕化深度以上锚杆杆体与锚固体界面提供摩擦力,黏结蜕化深度以下提供黏聚力。当锚固界面受到破坏时，黏聚力将失去作用。锚杆同-锚固深度处循环荷载作用的次数越多，锚固界面的黏结蜕化现象越严重;不同锚固深度处循环荷载作用的次数越多，黏结蜕化现象反而越不明显。图7为GFRP锚杆杆体应变时程曲线，表明不同循环荷载对锚杆杆体黏结蜕化作用的影响。通过多变量控制下的GFRP锚杆静载和反复荷载试验发现:在静载和反复荷载试验下，GFRP锚杆的破坏形式均为杆体拔出破坏;在反复荷载作用下，较少的循环次数对GFRP筋与混凝土黏结强度和锚杆滑移量影响不明显，当在低应力水平、反复荷载循环次数较少时，GFRP锚杆黏结强度退化不显著,反而在一定程度上有所增加;而在高应力反复荷载作用下，GFRP筋与混凝土间的黏结强度降低，黏结性能退化比较明显。研究表明GFRP锚杆蠕变特性的影响因素很多，沈叔曾[3]认为GFRP筋材自身的黏弹性是影响其蠕变的根本原因。根据当前对GFRP锚杆的研究结论及有关成果，归纳总结出GFRP锚杆长期荷载作用下蠕变特性的影响因素有温度、碱性环境中的OH离子或地下水中存在的CI离子、应力水平、黏结水平等。02聚合物应力松弛应力松弛

在一定温度、恒定形变的条件下，试样内部的应力随时间的延长而逐渐减小的现象，称为应力松弛。应力松弛的存在对于材料的使用有时会带来不利的影响,例如用塑料绳捆扎物品,开始捆的很紧,时间长了,由于应力松弛,就会变得很松.为了减小应力松弛,橡胶制品必需经过交联。应力松弛是在给定的温度以及一定应力的作用下，随着时间延长,试样中的应力逐渐降低的现象,其中试样中微区的弹性变形转变为塑性变形，是发生应力松弛的关键原因，因此对塑性变形阻碍作用的提升是材料抗应力松弛性能提升的主要原因之一。有研究表明位错运动的阻力和位错的数量是影响微区塑性变形的两大因素。析出相与孪晶会阻碍位错的运动；析出相的尺寸越小，越均匀弥散分布，析出相与位错的交互作用越强，抗应力松弛性能越好。对比图1与图2可以看出，Cu-Ni-Si合金经过450°Cx1h时效处理后,从基体中析出更多细小析出相，析出相粒子分布更加密集，能够有效阻碍位错运动,从而提升材料的抗应力松弛性能。孪晶晶界的能量是普通晶界能量的1/10左右，根据位错在应力松弛过程中由高能向低能量的转移,在相同条件下，孪晶晶界比例越高则与位错的交互作用越强，从而提升材料的抗应力松弛性能。对比图3与图4可以看出，经时效处理后，基体中的孪晶由原始态的分布杂乱演变为按一定方向有规律的分布，且由宽度尺寸较大转变为细长条孪晶组织，从而有效阻碍位错的运动。应力松弛与位错运动密切相关,在一定温度下进行应力松弛试验，会使得位错获得足够的热激活能，位错通过滑移和攀移由高能量向低能量的转移从而产生应力松弛现象。对比图5与图6可以看出，时效处理后Cu-Ni-Si洽金位错密度降低，会减少位错在应力松弛过程中的运动，抑制材料的微塑性变形，合金的抗应力松弛性能得到提升。通过上述分析可知：(1)合适的时效工艺能够提升抗应力松弛性能。Cu-Ni-Si合金原始态的应力松弛率为10.82%;时效工艺为450°Cx1h时的应力松弛率为8.85%,与原始态相比，抗应力松弛性能提升了18.21%。(2)析出相特征、孪晶特征及位错密度是影响合金应力松弛的主要因素。时效处理后，析出相的数量增多且弥散分布,析出相平均尺寸减小;孪晶有规律分布且宽度尺寸减小以及与位错密度降低都能有效抑制应力松弛过程中的微塑性变形。03滞后和内耗滞后现象

高分子材料在交变应力作用下,形变落后于应力变化的现象称为滞后。关于传感器材料的滞后性，线性和滞后是应变传感器在实际应用中的两个关键指标，并且对实时监测的准确性和可靠性具有很大影响。一般而言，线性表示相对电阻变化与施加应变成正比关系，而滞后则主要由聚合物基体本身粘弹性以及聚合物基体与导电材料之间较弱的相互作用引起的低线性度和高滞后使得电信号的测量难以准确预测，而且通常需要复杂校准过程，这些因素都限制了应变传感器的实际应用。解决方法：（1）选择回弹性优异的基体可以在一定程度上降低柔性传感器的相应滞后性。（2）增强导电填料与高分子基体之间的界面相互作用。内耗（力学损耗）

高分子材料在交变应力作用下，由于形变落后于应力的变化，因此在每一个循环变化中都要消耗功，称为力学损耗，也称内耗。

例如行驶中的汽车轮胎会发热,其原因之一就是内耗。研究高分子的力学损耗有重要的实际意义。滞后现象所伴随的力学损耗，使一部分机械能转化为热能，此时材料会发热，从而加速橡胶制品的老化。因此,对于在交变应力作用下进行工作的轮胎和传动