[科普中国]-黏弹性

粘弹性，viscoelasticity，流体的粘滞性及弹性的综合性质。

聚合物在加工过程中通常是从固体变为液体（熔融和流动），再从液体变固体（冷却和硬化），所以加工过程中聚合物于不同条件下会分别表现出固体和液体的性质，即表现出弹性和粘性。但是由于聚合物大分子的长链结构和大分子运动的逐步性质，聚合物的形变和流动不可能是纯弹性和纯粘性的，塑料对应力的响应兼有弹性固体和粘性流体的双重特性称粘弹性。

黏性和弹性弹性的过程为：外力 形变 应力 储存能量；外力撤除 能量释放 形变恢复；

特点为：1）储能：能量转变为应力能；

2）可逆：记忆形状；

3）瞬时：不依赖时间。

粘性的过程为：外力 形变 应力 应力松弛 能量耗散；外力撤除 永久形变；

特点为：1）耗能：能量转变为热能；

2）不可逆：无形状记忆；

3）依时：应变随时间发展。1

聚合物的粘弹性粘弹性是高聚物的一个重要特征，粘弹性赋予高聚物优越的性能。高聚物材料表现出弹性和粘性的结合。在实际形变过程中，粘性与弹性总是共存的。聚合物受力时，应力同时依赖于形变和形变速率，即具备固、液二性，其力学行为介于理想弹性体和理想粘性体之间。

粘弹性使塑料同时具有类似固体的特性，如弹性，强度，因次稳定性，和类似液体的特性如随时间，温度，负荷大小和速率而变化的流动特性。1

聚合物的粘弹性形变和加工条件的关系按照经典的粘弹性理论，加工过程线性聚合物的总形变γ可以看成普通形变 、推迟高弹性变 和粘性形变 三部分所组成，可以用下面的公式表示：

在通常的加工条件下，聚合物形变主要由于高弹形变和粘性形变（或塑性形变）所组成。从形变性质来看包括可逆形变和不可逆形变两种成分，只是由于加工条件不同而存在着两种部分的相对差异。随着温度的升高，式中μ都将下降，当加工温度高于Tm以致聚合物处于粘流态时，聚合物的形变发展则以粘性形变为主。此时，聚合物粘度低流动性大，易于成型；同时由于粘性形变的不可逆性，提高了制品的长期使用过程中的因次稳定性（形状和几何尺寸的稳定性的总称），所以很多加工技术都是在聚合物的粘流状态下实现的，例如注射、挤出、薄模吹塑和熔融纺丝等等。但是粘流态聚合物的形变并不是纯粘性的，也表现出一定程度的弹性，例如流动中大分子因伸展而储藏了弹性能，当引起流动的外力消除后，伸展的大分子恢复蜷曲的过程就产生了高弹形变，它会使熔体流出管口时出现液流膨胀。这种弹性能如果储存于制品中，还会引起制品的形状或尺寸的改变，降低制品的因次稳定性，有时还使制品出现内应力。因此即使在粘流态条件下加工聚合物，也应注意这种弹性效应的影响。

加工温度降低到Tt以下时，聚合物转变为高弹态，随着温度的降低，聚合物形变组成中的弹性成分增大，粘性成分减小，由于有效形变值减小，通常较少地在这一范围成型制品。2

粘弹性形变的滞后效应聚合物在加工过程中的形变都是在外力和温度的共同作用下，大分子形变和进行重排的结果、由于聚合物大分子的长链结构和大分子运动的逐步性质，聚合物分子在外力作用时与应力相适应的任何形变都不可能在瞬间完成，通常将聚合物于一定温度下，从外力作用开始，大分子的形变经过一系列的中间状态过度到外力相适应的平衡态的过程看成是一个松弛过程，过程所需的时间称为松弛时间。所以式又可以表示为：

由于松弛过程的存在，材料的形变必然落后于应力的变化，聚合物对于外力相应的这种滞后现象称为”滞后效应“或”弹性滞后“。

滞后效应在聚合物加工成型过程中是普遍存在的，例如塑料注塑成型制品的想变性和收缩。当注射制件脱模时大分子的形变并非已经停止，在贮存和使用过程中，制件中大分子的进一步形变能使制件变形。制品收缩的原因主要是熔体成型时骤冷使高分子堆积得轻松散（即存在”自由体积“）之故。在贮存或使用过程中，大分子的重排运动的发展，使堆积逐渐紧密，以致密度增加体积收缩。能结晶的聚合物则因逐渐形成结晶结构而使成型制品体积收缩。制品体积收缩的程度是随着冷却速度增加而变得严重的，所以加工过程急冷（骤冷）对制件的质量通常是不利的。无论是变形或者是体积收缩，都将降低制品的因此稳定性；严重的变形或收缩不均还会在制品中形成内应力，甚至引起制品开裂；同时并降低制品的综合性能。2

本词条内容贡献者为:

蒲富永 - 教授 - 西南大学