膠體製程與懸浮液

降伏應力(yield stress)

有些漿料在你推得夠用力之前表現得像固體,之後才像液體般流動。牙膏在牙刷上堆成一小段結實的膏、不會流走,但一擠管子它便平順地擠出;美乃滋能堆出尖峰、攪動前一動不動。你必須施加、材料才會開始流動的最小應力,就是它的降伏應力。低於它,漿料像軟固體般保持形狀;高於它,它便流動。

降伏應力來自顆粒在整份漿料中建起的一張連續網絡——一副由凡得瓦爾吸引力連結的絮凝顆粒、充滿空間的脆弱骨架。這網絡能像脆弱的晶格般彈性地承受小負載,但一旦應力超過顆粒間鍵結所能撐住的,網絡便斷裂、材料開始流動。常用的模型是賓漢塑性體(Bingham plastic):tau = tau_y + eta_pl times (剪切速率),其中 tau_y 是降伏應力、eta_pl 是流動後的塑性黏度。所以有降伏應力的漿料不只是稠——它根本介於固體與液體之間,而降伏應力有多大,直接告訴你顆粒絮凝得多強:分散良好的泥漿幾乎沒有降伏應力,絮凝的則可以很大。

降伏應力是你刻意設計出的雙面刃性質。當坯體必須撐住自己的形狀時,你要大的降伏應力:它阻止重顆粒沉降(顆粒沉不下去,因為網絡撐著它們),讓網版印刷的線或擠出的棒一離開模口就能保持形狀,也是凝膠澆鑄與陶瓷 3D 列印用膏的整個基礎——列印出的形狀在固化前絕不能塌陷。但當泥漿必須傾倒、完全填滿模具並乾淨排出時(如注漿成形),你又要低或零的降伏應力。所以配製者依成形路線,或刻意絮凝以抬高降伏應力,或分散以消除它。誠實的提醒:降伏應力出了名地難以明確量測——不同儀器與方法給出不同數值——所以把所報的值當作依方法而定,而非絕對。

凝膠澆鑄漿料被刻意配製出一個降伏應力,如此在倒入模具、凝膠固化後,粗細顆粒都被固定就位、無法因沉降而偏析。同樣的降伏應力讓 3D 列印用擠膏陶瓷絲一離開噴嘴便保持圓形截面,而不攤成一灘。

降伏應力讓漿料在被推動之前保持形狀——對懸浮顆粒與保形成形都不可或缺。

降伏應力不是單一的硬數字:它取決於量測方法與時間尺度,即使在表觀降伏應力之下也可能發生極緩慢的流動。把它當作衡量絮凝的實用、依方法而定的把手,而非精確的材料常數。

又稱
yield pointBingham yield stress屈服應力降伏應力