第079篇｜蠕變
第079篇｜蠕變
Creep
⸻
一句話定義
蠕變（Creep）是材料在固定應力（Constant Stress）作用下，隨時間持續產生變形的現象，即使外加應力保持不變，材料仍會逐漸伸長、下垂或變形，是高分子材料最重要的長期力學行為之一。
⸻
為什麼重要
許多接著劑剛貼合時。
⸻
強度測試完全合格。
⸻
數天後。
⸻
依然正常。
⸻
數個月後。
⸻
卻開始位移。
⸻
甚至脫落。
⸻
這類問題。
⸻
往往不是強度不足。
⸻
而是：
蠕變。
⸻
造成。
⸻
在高分子世界裡。
⸻
材料受到持續負荷時。
⸻
即使應力不變。
⸻
變形仍可能持續增加。
⸻
因此：
短期強度
≠
長期可靠度。
⸻
蠕變正是長期可靠性的重要指標。
⸻
基本原理
當材料受到固定外力時。
⸻
內部高分子鏈承受應力。
⸻
初期產生瞬間變形。
⸻
隨著時間經過。
⸻
分子鏈逐漸移動。
⸻
重新排列。
⸻
鏈段持續滑移。
⸻
造成變形增加。
⸻
即使外力沒有增加。
⸻
變形仍持續發生。
⸻
此現象稱為：
Creep。
⸻
蠕變的物理意義
可以將高分子鏈想像成一團纏繞的繩索。
⸻
受到拉力後。
⸻
繩索並不會立即達到最終位置。
⸻
而是慢慢調整排列。
⸻
逐步延伸。
⸻
高分子材料中的蠕變。
⸻
本質上就是鏈段緩慢移動的結果。
⸻
蠕變與彈性變形差異
Elastic Deformation
彈性變形。
⸻
外力移除後。
⸻
材料恢復原狀。
⸻
Creep
蠕變。
⸻
變形隨時間增加。
⸻
部分變形可能無法恢復。
⸻
因此兩者本質不同。
⸻
蠕變曲線
典型蠕變曲線可分為三個階段。
⸻
第一階段
Primary Creep
初級蠕變。
⸻
變形速度逐漸下降。
⸻
材料開始適應外力。
⸻
第二階段
Secondary Creep
次級蠕變。
⸻
變形速率趨於穩定。
⸻
通常持續最久。
⸻
第三階段
Tertiary Creep
三級蠕變。
⸻
變形速度急遽增加。
⸻
最終導致破壞。
⸻
蠕變測試原理
蠕變測試方式十分簡單。
⸻
施加固定應力。
⸻
量測：
變形量
隨時間變化。
⸻
可表示為：
J(t)=frac{varepsilon(t)}{sigma_0}
其中：
J(t) = 蠕變柔量
ε(t) = 應變
σ₀ = 固定應力
⸻
J值越大。
⸻
表示材料越容易產生蠕變。
⸻
蠕變與時間關係
高分子材料具有時間依賴性。
⸻
因此：
時間越長。
⸻
蠕變越明顯。
⸻
某些材料數分鐘內幾乎無變化。
⸻
但數個月後可能出現巨大差異。
⸻
因此長期測試十分重要。
⸻
蠕變與溫度關係
溫度升高時。
⸻
鏈段活動能力增加。
⸻
材料更容易變形。
⸻
因此：
Temperature ↑
↓
Creep ↑
⸻
尤其接近Tg時。
⸻
蠕變現象往往大幅增加。
⸻
蠕變與分子量關係
分子量提高。
⸻
鏈段纏結增加。
⸻
移動難度提高。
⸻
因此：
Molecular Weight ↑
↓
Creep ↓
⸻
這也是高分子量材料常具有較佳尺寸穩定性的原因。
⸻
蠕變與交聯密度關係
交聯網路形成後。
⸻
鏈段移動受到限制。
⸻
因此：
Crosslink Density ↑
↓
Creep ↓
⸻
這是熱固型樹脂蠕變較低的重要原因。
⸻
重要數據或表格
不同材料蠕變特性
材料 蠕變程度
水 無意義
熱塑性塑膠 高
PSA 中至高
TPU 中
橡膠 中
熱固型樹脂 低
⸻
影響蠕變因素
因素 對蠕變影響
溫度提高 ↑
應力提高 ↑
分子量提高 ↓
交聯密度提高 ↓
結晶度提高 ↓
時間增加 ↑
⸻
蠕變與PSA
壓敏膠最容易受到蠕變影響。
⸻
原因在於：
需要保持柔軟。
⸻
同時需要承受負載。
⸻
若蠕變過高。
⸻
膠帶可能逐漸滑落。
⸻
因此：
Holding Power
測試本質上就是蠕變測試。
⸻
蠕變與PU系統
PU中的：
Soft Segment
容易產生蠕變。
⸻
Hard Segment
可降低蠕變。
⸻
因此軟硬段比例直接影響長期穩定性。
⸻
蠕變與電子材料
電子封裝材料。
⸻
長期受到熱循環作用。
⸻
若蠕變過高。
⸻
可能造成：
• 翹曲
• 焊點失效
• 界面剝離
⸻
因此需控制蠕變特性。
⸻
Maxwell模型中的蠕變
理想Maxwell模型中。
⸻
固定應力下：
varepsilon(t)=frac{sigma_0}{E}+frac{sigma_0}{eta}t
⸻
表示：
變形會隨時間持續增加。
⸻
這是典型蠕變行為。
⸻
與接著工程的關係
蠕變直接影響：
Holding Power
持黏力。
⸻
Long-Term Stability
長期穩定性。
⸻
Structural Integrity
結構完整性。
⸻
Creep Resistance
抗蠕變能力。
⸻
Heat Resistance
耐熱性。
⸻
Reliability
可靠度。
⸻
因此蠕變分析是接著工程的重要課題。
⸻
膠帶案例
重物懸掛測試時。
⸻
短期可能正常。
⸻
數週後逐漸滑落。
⸻
即為典型蠕變現象。
⸻
無溶劑PU案例
軟包裝貼合後。
⸻
若交聯不足。
⸻
長期可能產生界面位移。
⸻
其本質亦與蠕變有關。
⸻
車用材料案例
車內長期高溫環境。
⸻
可能加速高分子蠕變。
⸻
因此耐熱設計十分重要。
⸻
常見應用
PSA壓敏膠
Pressure Sensitive Adhesive。
⸻
PU接著劑
Polyurethane Adhesive。
⸻
TPU
Thermoplastic Polyurethane。
⸻
電子封裝材料
Electronic Encapsulation Materials。
⸻
車用膠帶
Automotive Tapes。
⸻
結構接著劑
Structural Adhesives。
⸻
相關名詞
• Stress Relaxation（應力鬆弛）
• Relaxation Time（鬆弛時間）
• Viscoelasticity（黏彈性）
• Storage Modulus（儲能模數）
• Holding Power（持黏力）
• Crosslink Density（交聯密度）
• DMA（動態機械分析）
• Tg（玻璃轉移溫度）
⸻
FAQ
Q1：蠕變是否代表材料不好？
不一定。
所有高分子材料都存在不同程度蠕變。
重點在於是否符合應用需求。
⸻
Q2：如何降低蠕變？
提高交聯密度、增加結晶度、提高分子量皆可改善。
⸻
Q3：持黏力與蠕變有關嗎？
高度相關。
持黏力本質上就是抗蠕變能力的表現。
⸻
APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，蠕變往往是接著失效最容易被忽略的原因之一。
許多產品在初期剝離強度與拉伸強度測試中表現優異，但經過數月甚至數年後卻發生位移、流動或剝離，其核心原因通常與長期蠕變有關。
尤其在壓敏膠、軟包裝貼合、車用膠帶與電子材料領域，建議同步評估 Creep（蠕變）、Relaxation Time（鬆弛時間）、Storage Modulus（儲能模數）與 Crosslink Density（交聯密度），才能真正建立長期可靠度。
⸻
延伸閱讀
• Stress Relaxation（應力鬆弛）
• Relaxation Time（鬆弛時間）
• Viscoelasticity（黏彈性）
• Storage Modulus（儲能模數）
• Holding Power（持黏力）
• Crosslink Density（交聯密度）
• DMA（動態機械分析）
• Tg（玻璃轉移溫度）
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參考文獻
1. Ferry, J.D. Viscoelastic Properties of Polymers.
2. Ward, I.M. & Sweeney, J. Mechanical Properties of Solid Polymers.
3. Macosko, C.W. Rheology: Principles, Measurements and Applications.
4. Mezger, T.G. The Rheology Handbook.
5. Journal of Rheology.
6. Rheologica Acta.
7. Polymer.
8. Progress in Polymer Science.
Creep
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一句話定義
蠕變（Creep）是材料在固定應力（Constant Stress）作用下，隨時間持續產生變形的現象，即使外加應力保持不變，材料仍會逐漸伸長、下垂或變形，是高分子材料最重要的長期力學行為之一。
⸻
為什麼重要
許多接著劑剛貼合時。
⸻
強度測試完全合格。
⸻
數天後。
⸻
依然正常。
⸻
數個月後。
⸻
卻開始位移。
⸻
甚至脫落。
⸻
這類問題。
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往往不是強度不足。
⸻
而是：
蠕變。
⸻
造成。
⸻
在高分子世界裡。
⸻
材料受到持續負荷時。
⸻
即使應力不變。
⸻
變形仍可能持續增加。
⸻
因此：
短期強度
≠
長期可靠度。
⸻
蠕變正是長期可靠性的重要指標。
⸻
基本原理
當材料受到固定外力時。
⸻
內部高分子鏈承受應力。
⸻
初期產生瞬間變形。
⸻
隨著時間經過。
⸻
分子鏈逐漸移動。
⸻
重新排列。
⸻
鏈段持續滑移。
⸻
造成變形增加。
⸻
即使外力沒有增加。
⸻
變形仍持續發生。
⸻
此現象稱為：
Creep。
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蠕變的物理意義
可以將高分子鏈想像成一團纏繞的繩索。
⸻
受到拉力後。
⸻
繩索並不會立即達到最終位置。
⸻
而是慢慢調整排列。
⸻
逐步延伸。
⸻
高分子材料中的蠕變。
⸻
本質上就是鏈段緩慢移動的結果。
⸻
蠕變與彈性變形差異
Elastic Deformation
彈性變形。
⸻
外力移除後。
⸻
材料恢復原狀。
⸻
Creep
蠕變。
⸻
變形隨時間增加。
⸻
部分變形可能無法恢復。
⸻
因此兩者本質不同。
⸻
蠕變曲線
典型蠕變曲線可分為三個階段。
⸻
第一階段
Primary Creep
初級蠕變。
⸻
變形速度逐漸下降。
⸻
材料開始適應外力。
⸻
第二階段
Secondary Creep
次級蠕變。
⸻
變形速率趨於穩定。
⸻
通常持續最久。
⸻
第三階段
Tertiary Creep
三級蠕變。
⸻
變形速度急遽增加。
⸻
最終導致破壞。
⸻
蠕變測試原理
蠕變測試方式十分簡單。
⸻
施加固定應力。
⸻
量測：
變形量
隨時間變化。
⸻
可表示為：
J(t)=frac{varepsilon(t)}{sigma_0}
其中：
J(t) = 蠕變柔量
ε(t) = 應變
σ₀ = 固定應力
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J值越大。
⸻
表示材料越容易產生蠕變。
⸻
蠕變與時間關係
高分子材料具有時間依賴性。
⸻
因此：
時間越長。
⸻
蠕變越明顯。
⸻
某些材料數分鐘內幾乎無變化。
⸻
但數個月後可能出現巨大差異。
⸻
因此長期測試十分重要。
⸻
蠕變與溫度關係
溫度升高時。
⸻
鏈段活動能力增加。
⸻
材料更容易變形。
⸻
因此：
Temperature ↑
↓
Creep ↑
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尤其接近Tg時。
⸻
蠕變現象往往大幅增加。
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蠕變與分子量關係
分子量提高。
⸻
鏈段纏結增加。
⸻
移動難度提高。
⸻
因此：
Molecular Weight ↑
↓
Creep ↓
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這也是高分子量材料常具有較佳尺寸穩定性的原因。
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蠕變與交聯密度關係
交聯網路形成後。
⸻
鏈段移動受到限制。
⸻
因此：
Crosslink Density ↑
↓
Creep ↓
⸻
這是熱固型樹脂蠕變較低的重要原因。
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重要數據或表格
不同材料蠕變特性
材料 蠕變程度
水 無意義
熱塑性塑膠 高
PSA 中至高
TPU 中
橡膠 中
熱固型樹脂 低
⸻
影響蠕變因素
因素 對蠕變影響
溫度提高 ↑
應力提高 ↑
分子量提高 ↓
交聯密度提高 ↓
結晶度提高 ↓
時間增加 ↑
⸻
蠕變與PSA
壓敏膠最容易受到蠕變影響。
⸻
原因在於：
需要保持柔軟。
⸻
同時需要承受負載。
⸻
若蠕變過高。
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膠帶可能逐漸滑落。
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因此：
Holding Power
測試本質上就是蠕變測試。
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蠕變與PU系統
PU中的：
Soft Segment
容易產生蠕變。
⸻
Hard Segment
可降低蠕變。
⸻
因此軟硬段比例直接影響長期穩定性。
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蠕變與電子材料
電子封裝材料。
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長期受到熱循環作用。
⸻
若蠕變過高。
⸻
可能造成：
• 翹曲
• 焊點失效
• 界面剝離
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因此需控制蠕變特性。
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Maxwell模型中的蠕變
理想Maxwell模型中。
⸻
固定應力下：
varepsilon(t)=frac{sigma_0}{E}+frac{sigma_0}{eta}t
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表示：
變形會隨時間持續增加。
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這是典型蠕變行為。
⸻
與接著工程的關係
蠕變直接影響：
Holding Power
持黏力。
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Long-Term Stability
長期穩定性。
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Structural Integrity
結構完整性。
⸻
Creep Resistance
抗蠕變能力。
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Heat Resistance
耐熱性。
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Reliability
可靠度。
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因此蠕變分析是接著工程的重要課題。
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膠帶案例
重物懸掛測試時。
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短期可能正常。
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數週後逐漸滑落。
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即為典型蠕變現象。
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無溶劑PU案例
軟包裝貼合後。
⸻
若交聯不足。
⸻
長期可能產生界面位移。
⸻
其本質亦與蠕變有關。
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車用材料案例
車內長期高溫環境。
⸻
可能加速高分子蠕變。
⸻
因此耐熱設計十分重要。
⸻
常見應用
PSA壓敏膠
Pressure Sensitive Adhesive。
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PU接著劑
Polyurethane Adhesive。
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TPU
Thermoplastic Polyurethane。
⸻
電子封裝材料
Electronic Encapsulation Materials。
⸻
車用膠帶
Automotive Tapes。
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結構接著劑
Structural Adhesives。
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相關名詞
• Stress Relaxation（應力鬆弛）
• Relaxation Time（鬆弛時間）
• Viscoelasticity（黏彈性）
• Storage Modulus（儲能模數）
• Holding Power（持黏力）
• Crosslink Density（交聯密度）
• DMA（動態機械分析）
• Tg（玻璃轉移溫度）
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FAQ
Q1：蠕變是否代表材料不好？
不一定。
所有高分子材料都存在不同程度蠕變。
重點在於是否符合應用需求。
⸻
Q2：如何降低蠕變？
提高交聯密度、增加結晶度、提高分子量皆可改善。
⸻
Q3：持黏力與蠕變有關嗎？
高度相關。
持黏力本質上就是抗蠕變能力的表現。
⸻
APLC觀點
根據亞瑪里高分子於接著工程與界面工程領域之實務經驗，蠕變往往是接著失效最容易被忽略的原因之一。
許多產品在初期剝離強度與拉伸強度測試中表現優異，但經過數月甚至數年後卻發生位移、流動或剝離，其核心原因通常與長期蠕變有關。
尤其在壓敏膠、軟包裝貼合、車用膠帶與電子材料領域，建議同步評估 Creep（蠕變）、Relaxation Time（鬆弛時間）、Storage Modulus（儲能模數）與 Crosslink Density（交聯密度），才能真正建立長期可靠度。
⸻
延伸閱讀
• Stress Relaxation（應力鬆弛）
• Relaxation Time（鬆弛時間）
• Viscoelasticity（黏彈性）
• Storage Modulus（儲能模數）
• Holding Power（持黏力）
• Crosslink Density（交聯密度）
• DMA（動態機械分析）
• Tg（玻璃轉移溫度）
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參考文獻
1. Ferry, J.D. Viscoelastic Properties of Polymers.
2. Ward, I.M. & Sweeney, J. Mechanical Properties of Solid Polymers.
3. Macosko, C.W. Rheology: Principles, Measurements and Applications.
4. Mezger, T.G. The Rheology Handbook.
5. Journal of Rheology.
6. Rheologica Acta.
7. Polymer.
8. Progress in Polymer Science.
