為什麼晾晒衣服的塑料繩會隨時間拉長？

01-24

用鐵絲一般不會出現時間長了之後變長，而塑料繩，尼龍這些高分子聚合物材料很容易變長，求高分子內部作用原理

這其實是高分子的一種現象，術語上稱為「蠕變」。之所以能蠕變，是因為高分子特殊的粘彈性。所謂的粘彈性就是既有理想粘性體的粘性，又有理想彈性體的彈性。粘彈性的表現形式有多種形式，其中一種形式就是蠕變，對於蠕變的定義是：在一定溫度下與恆定外力（拉力、壓力等等）下，材料的形變隨著時間的增大而增大。

我們再來看看理想彈性體、理想粘性體和高分子這三者的蠕變行為有何區別。

先來看理想彈性體，可以想像出一個彈簧，在彈簧的彈性範圍內，只要對彈簧施加恆定的外力，它的形變就肯定是恆定的，不隨時間而變化（見下圖黑線）。也就是說，在力已經施加完畢後，理想彈性體完全不蠕變。

再來看理想粘性體，在施加外力後，形變就在一直增大，並且形變數與時間是正比例關係（見下圖紅線）。也就是說，理想粘性體一直在蠕變，並且是隨時間線性增加的蠕變。

最後我們再來看線型的高分子（下圖藍線），其實也是一直在蠕變，但是蠕變曲線的細節是不一樣的：在力施加的早期階段，它的蠕變曲線是對時間呈現非線性變化，在足夠長的時間後，蠕變曲線表現為理想粘性體的線性變化。

我們再回歸到題主描述的現象。鐵絲在日常使用條件下可認為是理想彈性體，當你掛上衣服的瞬間，雖然有形變的發生，但是形變數太小以致肉眼根本無法識別出來，而後期又沒有蠕變，所以怎麼用都不會變長。塑料繩子就不一樣了，它的主要成分是線性高分子，即便一開始的形變數非常小，在掛著的衣服產生的長期應力下，非常緩慢地蠕變，外觀看起來就是變長了。

說完了這些，我們再從分子機理上看一下蠕變現象，其實蠕變是包含了三種形變：普彈形變，高彈形變、粘性流動。

普彈形變：高分子材料受力瞬間，分子鏈的鍵長與鍵角馬上發生變化。這種形變數較小，並且受力去除以後馬上就會完全恢復。可用下圖表示。

高彈形變：分子量由捲曲變得較為伸展。是受力之後逐漸發生的，外力去除後，這種形變是逐漸恢復的，可用下圖表示：

粘性流動: 分子鏈之間產生了相對位移，也就是分子間的滑脫。這種形變在外力去除以後就沒法再恢復了。如下圖：

這三種形變加起來的結果就是，只要受到外力，塑料繩就越用越長。但是要注意到，蠕變行為的速度是跟其具體材質有關的。有的塑料蠕變極其緩慢，所以在你有限的使用時間內，往往還不是容易觀察到晾衣繩變長。尼龍材料在各種塑料里算蠕變較快的，所以也就有了題主說的尼龍繩很容易變長。

有的妹子用塑料材質的頭繩綁頭髮會發現越來越松的現象，其實都是一樣的原因。

2016.1.22日更新：

上了日報以後，有的讀者提醒我說金屬、陶瓷等無機材料也有蠕變。這裡簡單地說一下。可以肯定的是，由於材質不一樣，金屬、陶瓷等無機材料的蠕變機理是與高分子不同的，一般情況下需要高溫（熔點的0.4~0.5倍以上）。在日常溫度的使用的條件下，與高分子的蠕變相比要小的很多。

2016-01-22

固體材料在保持應力不變的條件下，應變隨時間延長而增加的現象。它與塑性變形不同，塑性變形通常在應力超過彈性極限之後才出現，而蠕變只要應力的作用時間相當長，它在應力小於彈性極限施加的力時也能出現。許多材料（如金屬、塑料、岩石和冰）在一定條件下都表現出蠕變的性質。由於蠕變，材料在某瞬時的應力狀態，一般不僅與該瞬時的變形有關，而且與該瞬時以前的變形過程有關。許多工程問題都涉及蠕變。在維持恆定變形的材料中，應力會隨時間的增長而減小，這種現象為應力鬆弛，它可理解為一種廣義的蠕變。

高分子材料（包括高分子固體、熔體及濃溶液）的力學行為表現為彈性與粘性相結合的特性。且彈性與粘性的貢獻隨外力作用的時間而異，這種特性稱之為粘彈性，見圖。粘彈性的本質是由於聚合物分子運動具有鬆弛特性。蠕變、應力鬆弛屬於靜態粘彈性，滯後現象屬於動態粘彈性。那蠕變與應力鬆弛有甚麼不同呢？應力鬆弛和蠕變是一個問題的兩個方面，都反映了聚合物內部分子的三種運動情況：當聚合物一開始被拉長時，其中分子處於不平衡的構象，要逐漸過渡到平衡的構象，也就是鏈段要順著外力的方向來運動以減少或消除內部應力。

日常生活中，我們經常用塑料繩綁東西或晒衣服，可你會發現，用塑料繩綁東西，我們越想拉緊，可不久會發現，塑料繩很快好像變長了似的，變得很松垮，於是再使勁綁起，可依然會發現，過了一會又變鬆了，這是為什麼呢？這裡就要提到一個基本概念
---「力學鬆弛」，什麼叫力學鬆弛呢？應力鬆弛，是指高分子材料在總應變不變的條件下，由於試樣內部的粘性應變隨時間不斷增長，使回彈應變分量隨時間逐漸降低，從而導致回彈應力隨時間逐漸降低的現象。

我們生活中使用的塑料繩（有的地方叫化學繩）有些是由線性的尼龍、聚乙烯或聚丙烯製成，這類高分子材料是典型的「非交聯線性高分子」，在吊緊的過程中，線性的高分子鏈被拉長，表面看起來很緊，但隨著時間的延長，線性高分子鏈發生了滑移，這種滑移是不可恢復的，鏈發生滑移後，塑料繩被拉伸的變長了，開始變得不能綁緊，假如此時再使勁綁緊，則線性鏈繼續發生滑移。所以用塑料繩吊東西，吊的越緊最後就會變得越松，鬆弛發生的厲害。因此，有經驗的人用塑料繩吊東西時，都不要吊的太緊，防止線性高分子鏈發生嚴重應力鬆弛。

那怎麼樣才能避免這種現象呢？要用交聯或主鏈含芳雜環的剛性鏈聚合物等具有較好的抗蠕變性能的高分子材料，其中，交聯的高分子材料通過交聯劑使線性高分子鏈變成了網狀結構，高分子網路鏈被拉伸變形後，仍有能力回復，基本不會發生鬆弛現象，會弔的很緊，不信你試試？

蠕變現象。從現象來看，就是雖然承受的載荷沒有變大，但是變形隨著時間的增加而增大。

這種現象更多的出現在長期承受高溫的材料或者構件中。燃氣輪機、航空發動機的葉片較多的出現這種情況。在常溫情況下，蠕變現象不像在高溫下明顯，但是仍然存在。

塑料內部的高分子長鏈是處於纏結捲曲狀態的，受力之後會發生微小的鏈段拉伸和解纏過程，處於玻璃態的樹脂材料一般比較堅硬，加工合格的塑料在工作溫度下基本上不會出現明顯的此種現象