蠕變、應(yīng)力松弛、滯后、內(nèi)耗

01聚合物蠕變?nèi)渥?/p>

在恒定溫度、較小的恒定外力作用下，材料的形變隨時(shí)間的增加而逐漸增大的現(xiàn)象，稱為形變。

蠕變過(guò)程中包括三種形變：（1）瞬時(shí)普彈形變（虎克彈性）特征：施加應(yīng)力，形變瞬時(shí)產(chǎn)生，除去外力，立即恢復(fù)。（2）高彈形變特征：通過(guò)鏈段的運(yùn)動(dòng)逐漸展開(kāi)，形變量大，且形變的發(fā)展與時(shí)間有關(guān)，恢復(fù)也是逐漸進(jìn)行的。（3）黏性形變——永久變形特征：黏性形變的發(fā)展與時(shí)間呈線性關(guān)系，外力除去后，不能恢復(fù)。例如,軟PVC絲懸掛一定重量的砝碼,就會(huì)慢慢地伸長(zhǎng),解下砝碼后,又會(huì)慢慢縮回去,這就是典型的蠕變現(xiàn)象。對(duì)于工程塑料,要求蠕變?cè)叫≡胶?對(duì)于蠕變嚴(yán)重的材料,使用時(shí)需采取必要補(bǔ)救措施。如硬PVC有良好的抗腐蝕性能,可用于加工化工管道、容器等設(shè)備,但它容易蠕變,使用時(shí)必須增加支架以防止蠕變.PFTE是塑料中摩擦系數(shù)最小的,由于其蠕變現(xiàn)象嚴(yán)重,所以不能用作機(jī)械零件,但卻是很好的密封材料.為探究GFRP錨桿在循環(huán)荷載下的黏結(jié)錨固性能，在軟巖地基邊坡開(kāi)展GFRP錨桿現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)，通過(guò)光纖光柵應(yīng)變傳感器測(cè)量技術(shù)進(jìn)行研究。結(jié)果表明:循環(huán)荷載作用下錨桿桿體與錨固體的黏結(jié)蛻化深度小于錨桿的有效錨固長(zhǎng)度,黏結(jié)蛻化深度以上錨桿桿體與錨固體界面提供摩擦力,黏結(jié)蛻化深度以下提供黏聚力。當(dāng)錨固界面受到破壞時(shí)，黏聚力將失去作用。錨桿同-錨固深度處循環(huán)荷載作用的次數(shù)越多，錨固界面的黏結(jié)蛻化現(xiàn)象越嚴(yán)重;不同錨固深度處循環(huán)荷載作用的次數(shù)越多，黏結(jié)蛻化現(xiàn)象反而越不明顯。圖7為GFRP錨桿桿體應(yīng)變時(shí)程曲線，表明不同循環(huán)荷載對(duì)錨桿桿體黏結(jié)蛻化作用的影響。通過(guò)多變量控制下的GFRP錨桿靜載和反復(fù)荷載試驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在靜載和反復(fù)荷載試驗(yàn)下，GFRP錨桿的破壞形式均為桿體拔出破壞;在反復(fù)荷載作用下，較少的循環(huán)次數(shù)對(duì)GFRP筋與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度和錨桿滑移量影響不明顯，當(dāng)在低應(yīng)力水平、反復(fù)荷載循環(huán)次數(shù)較少時(shí)，GFRP錨桿黏結(jié)強(qiáng)度退化不顯著,反而在一定程度上有所增加;而在高應(yīng)力反復(fù)荷載作用下，GFRP筋與混凝土間的黏結(jié)強(qiáng)度降低，黏結(jié)性能退化比較明顯。研究表明GFRP錨桿蠕變特性的影響因素很多，沈叔曾[3]認(rèn)為GFRP筋材自身的黏彈性是影響其蠕變的根本原因。根據(jù)當(dāng)前對(duì)GFRP錨桿的研究結(jié)論及有關(guān)成果，歸納總結(jié)出GFRP錨桿長(zhǎng)期荷載作用下蠕變特性的影響因素有溫度、堿性環(huán)境中的OH離子或地下水中存在的CI離子、應(yīng)力水平、黏結(jié)水平等。02聚合物應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛

在一定溫度、恒定形變的條件下，試樣內(nèi)部的應(yīng)力隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸減小的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力松弛。應(yīng)力松弛的存在對(duì)于材料的使用有時(shí)會(huì)帶來(lái)不利的影響,例如用塑料繩捆扎物品,開(kāi)始捆的很緊,時(shí)間長(zhǎng)了,由于應(yīng)力松弛,就會(huì)變得很松.為了減小應(yīng)力松弛,橡膠制品必需經(jīng)過(guò)交聯(lián)。應(yīng)力松弛是在給定的溫度以及一定應(yīng)力的作用下，隨著時(shí)間延長(zhǎng),試樣中的應(yīng)力逐漸降低的現(xiàn)象,其中試樣中微區(qū)的彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，是發(fā)生應(yīng)力松弛的關(guān)鍵原因，因此對(duì)塑性變形阻礙作用的提升是材料抗應(yīng)力松弛性能提升的主要原因之一。有研究表明位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力和位錯(cuò)的數(shù)量是影響微區(qū)塑性變形的兩大因素。析出相與孿晶會(huì)阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)；析出相的尺寸越小，越均勻彌散分布，析出相與位錯(cuò)的交互作用越強(qiáng)，抗應(yīng)力松弛性能越好。對(duì)比圖1與圖2可以看出，Cu-Ni-Si合金經(jīng)過(guò)450°Cx1h時(shí)效處理后,從基體中析出更多細(xì)小析出相，析出相粒子分布更加密集，能夠有效阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng),從而提升材料的抗應(yīng)力松弛性能。孿晶晶界的能量是普通晶界能量的1/10左右，根據(jù)位錯(cuò)在應(yīng)力松弛過(guò)程中由高能向低能量的轉(zhuǎn)移,在相同條件下，孿晶晶界比例越高則與位錯(cuò)的交互作用越強(qiáng)，從而提升材料的抗應(yīng)力松弛性能。對(duì)比圖3與圖4可以看出，經(jīng)時(shí)效處理后，基體中的孿晶由原始態(tài)的分布雜亂演變?yōu)榘匆欢ǚ较蛴幸?guī)律的分布，且由寬度尺寸較大轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)長(zhǎng)條孿晶組織，從而有效阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。應(yīng)力松弛與位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)密切相關(guān),在一定溫度下進(jìn)行應(yīng)力松弛試驗(yàn)，會(huì)使得位錯(cuò)獲得足夠的熱激活能，位錯(cuò)通過(guò)滑移和攀移由高能量向低能量的轉(zhuǎn)移從而產(chǎn)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象。對(duì)比圖5與圖6可以看出，時(shí)效處理后Cu-Ni-Si洽金位錯(cuò)密度降低，會(huì)減少位錯(cuò)在應(yīng)力松弛過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)，抑制材料的微塑性變形，合金的抗應(yīng)力松弛性能得到提升。通過(guò)上述分析可知：(1)合適的時(shí)效工藝能夠提升抗應(yīng)力松弛性能。Cu-Ni-Si合金原始態(tài)的應(yīng)力松弛率為10.82%;時(shí)效工藝為450°Cx1h時(shí)的應(yīng)力松弛率為8.85%,與原始態(tài)相比，抗應(yīng)力松弛性能提升了18.21%。(2)析出相特征、孿晶特征及位錯(cuò)密度是影響合金應(yīng)力松弛的主要因素。時(shí)效處理后，析出相的數(shù)量增多且彌散分布,析出相平均尺寸減小;孿晶有規(guī)律分布且寬度尺寸減小以及與位錯(cuò)密度降低都能有效抑制應(yīng)力松弛過(guò)程中的微塑性變形。03滯后和內(nèi)耗滯后現(xiàn)象

高分子材料在交變應(yīng)力作用下,形變落后于應(yīng)力變化的現(xiàn)象稱為滯后。關(guān)于傳感器材料的滯后性，線性和滯后是應(yīng)變傳感器在實(shí)際應(yīng)用中的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，并且對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性具有很大影響。一般而言，線性表示相對(duì)電阻變化與施加應(yīng)變成正比關(guān)系，而滯后則主要由聚合物基體本身粘彈性以及聚合物基體與導(dǎo)電材料之間較弱的相互作用引起的低線性度和高滯后使得電信號(hào)的測(cè)量難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，而且通常需要復(fù)雜校準(zhǔn)過(guò)程，這些因素都限制了應(yīng)變傳感器的實(shí)際應(yīng)用。解決方法：（1）選擇回彈性優(yōu)異的基體可以在一定程度上降低柔性傳感器的相應(yīng)滯后性。（2）增強(qiáng)導(dǎo)電填料與高分子基體之間的界面相互作用。內(nèi)耗（力學(xué)損耗）

高分子材料在交變應(yīng)力作用下，由于形變落后于應(yīng)力的變化，因此在每一個(gè)循環(huán)變化中都要消耗功，稱為力學(xué)損耗，也稱內(nèi)耗。

例如行駛中的汽車輪胎會(huì)發(fā)熱,其原因之一就是內(nèi)耗。研究高分子的力學(xué)損耗有重要的實(shí)際意義。滯后現(xiàn)象所伴隨的力學(xué)損耗，使一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，此時(shí)材料會(huì)發(fā)熱，從而加速橡膠制品的老化。因此,對(duì)于在交變應(yīng)力作用下進(jìn)行工作的輪胎和傳動(dòng)