受轴向拉伸的聚合物纳米纤维表面波纹

延展性聚合物纳米纤维在轴向拉伸下会出现表面波纹。在最近的单纤维张力试验中，在静电纺聚丙烯腈(PAN)中以及在静电纺聚酰亚胺(PI)纳米纤维中都发现了这种波纹现象。我们在此提出一个简单的一维非线性弹性模型考虑柔顺聚合物纳米纤维波纹起始和演变过程中表面张力和非线性弹性的共同作用。聚合物纳米纤维被建模为不可压缩的、各向同性的超弹性Mooney-Rivlin固体。波纹前的纤维几何形状被认为是一个长圆柱体。通过对受有限轴向预拉伸的纳米纤维的静态平衡状态进行线性扰动，建立了表面脉动的控制方程。根据表面张力、弹性性能和纤维半径确定临界拉伸和波纹波长。通过数值实例验证了这些相关性。此外，还确定了一个临界纤维半径，在此半径以下聚合物纳米纤维本质上是不稳定的。因此，该模型能够预测柔顺纳米纤维的波纹状态，并可进一步作为连续介质力学方法用于研究柔顺纤维和金属丝的表面不稳定性和非线性波传播。