流變學特性

流變學正如其名是對物體流變性的研究。它是物理學的一個分支，涉及載荷下材料的變形和流動。當材料受載荷的作用時，材料的特徵可以用四個基本的流變學特性概念來描述：彈性、塑性、黏滯性和強度。所有這些術語都是大家所熟悉的，但在描述材料特徵時，每一個概念都有其嚴格而精確的含義，這些含義可被正確的測試所論證。在大多數的材料中，這些特性是共存的是為了闡明每一特性的含義，通常將一個假定的物質或者杆件作為代表來描述它們的特性，而這種物質或杆件對載荷作用下理想化的反應可以用力和變形曲線來表示。

用假定的彈性物質或杆件來定義彈性，有時被稱為“Hookean體”模型。簡單地説Hook定律是“固體的變形與作用於其上的力成正比”。

通常以圖解的形式對一個代表所有材料特性的物體進行描述。因此，用“完好的彈簧”來描述彈性，它包含了這類物體三個方面的特性。

第一，彈性體可從變形中完全恢復過來，力能拉長彈簧或使材料變形，但是隻要去除這個力，那彈簧就會恢復到原來的位置，絲毫沒有改變。

第二，瞬時作用力可引起即刻反應，用通常的話來講，就是施加或去除任何作用於物體上的力都會立刻引起物體大小的變化。

第三，作用力與變形之間呈線性關係。每一單位的作用力可產生同樣的變形增量(對於彈簧則是拉長)。在平面圖上，力與變形曲線為一條直線，隨着作用力的減少，曲線會回到零位點。

塑性是流變學特性的第二種，可以用黏土模型來表示。理想化的塑性杆件有時被稱為Coulomb體或St．Venent體。傳統塑性體是放在地面上的一塊磚頭，磚頭表面與地面之間有摩擦。這種理想的特性與摩擦阻力相似：隨着作用力的增加，材料抵抗變形至臨界點，這就引起材料的持續塑性變形，而作用力不再增加。塑性變形的開始階段叫做“屈服”，屈服點上的應力最低。在這點上，應變增加，但應力不再增加。與彈性體不同的是，在彈性體中作用力增加立即引起持續永久性變形。作用在塑性體或物質上的力要麼不產生任何反應，要麼就引起持續性的變形。任何變形都是永久性的．不可恢復。

首先，作用力F只有在達到臨界值Fc，即克服了摩擦阻力時才引起變形。之後，只要作用力繼續存在，變形就會持續下去：作用力或者不產生任何運動或者產生持續性運動，對於完好的塑性材料，“屈服”開始後材料內的應力不再增加。

第二，在去除作用力後，永久性變形繼續存在，不會發生反彈或重新恢復至最初的位置或大小。從力一變形曲線上可以清楚地觀察到。

第三，向物體施加維持持續運動的最小作用力，即刻發生變形並持續下去。

是第三種理想化的特性，適用於固體和流體，是來抵抗剪力及流動力的。通常用黏性體來描述黏性特性。

與彈性和塑性不同的是，黏性完全與時間有關。變形不僅取決於作用力，而且還取決於作用力的速度，結果就是可以畫出力與時間或變形與時間的曲線來表示這種材料的性質。變形不是與作用力同時發生，而是隨後出現的。只要是作用力存在，變形就會持續下去。雙倍作用力許不會像在彈性體中那樣可立即引起雙倍的變形，僅是引起變形速度的加快。緩衝器中的結果取決於時間，黏性體或緩衝器特性可概括如下：

首先，施加任何恆定的作用力如重量引起的變形可隨着時間的增加而持續。而對彈性體來説，在施加作用力後可立即引起完全的變形。而對塑性材料而言，在到達臨界力之前材料不會發生任何變形，材料內的應力也不再增加。

第二，變形速度與作用力的大小有着直接的關係，作用力越大，變形速度或應變的速度越快；同樣，材料內的應力與應變速度有着直接的相關性。

第三，無彈性回覆，當作用力減至零時，存在有永久性變形。與塑性變形不同的是，無論作用力大小都可引起變形。曲線顯示在單位時間內作用力越大，變形就越大。

重點是隨時間變化的變形和隨應變率變化的應力。這些都是整形外科非常重要的概念，因為研究顯示所有的人體組織都具有黏性特徵 ^[1]  。

這是第四種流變學特性，可以簡單地定義為材料折斷所需要施加的力，它不需要像其他特性那樣需要任何理想化的假設。可以用不同的方法來定義材料的強度，如應變、應力、某一結構的載荷或引起折斷的能量來描述強度。

結果大部分材料的強度是用拉伸應力來定義的，這種拉伸應力是在單一載荷下材料折斷所需要的拉力，但在某些情況下，知道壓力或剪力也很重要。

最大拉伸強度(UTS)是單位面積上的最大拉力，即拉應力，它使得材料從優勢轉為劣勢。儘管整形外科現在通常使用國際單位(SI)，但是在美國的工程學圈內，強度與其他相關的材料特性仍然使用Psi單位(1b—f/in²)。

對脊柱推拿而言，強度這個要素不如其他三個要素那麼重要，調節手法和軟組織按摩手法的力量總是在組織強度的安全限度內。然而，我們仍然不知道調整矯正力量的精確值，我們只能大略地估計。美國Colorado州Boulder大學的Sub博士設計了一種儀器來測量脊柱推拿時推拿師的推扳和調整力量的大小。為了使脊柱推拿手法更為精確，我們需要知道脊柱推拿中矯正手法對組織作用力的大小。

流變化性能在水溶性高分子的應用中是非常重要的。例如，在乳膠漆中，為了避免顏料沉降，要求有較高的靜止黏度；而在塗刷剪切力作用下，黏度低為好，因此，要求塗料具有假塑性。但這種流動性也不能太大，而且在塗刷之後，表面上的塗料就不要流墜，這又要求塗料具有觸變性。在鑽井用的泥漿流體方面，流動特性也有很大意義。為了增加鑽井的效率，減少阻力，要求鑽井泥漿有一定的假塑性，並能將碎岩石屑懸浮起來帶走。在造紙塗層方面，要求塗飾劑有觸變性。紡織印花中，流體要易流平，並能懸浮顏料。建築工業中，需要控制漿料、塗料的流動性能，以改善產品的流動特性，控制水分的逸出 ^[2]  。