实际橡胶的粘弹性---应力松弛

橡胶弹性的统计理论讨论了所有橡胶的通性，以分子间没有相互作用力，分子链可以自由转动的理想分子为研究对象，橡胶的弹力完全由卷曲分子构象的变化产生，应力与变形之间处于平衡状态，并且与橡胶的化学组成无关。然而，真实橡胶并非如此，分子间有吸引力，吸引力的大小视橡胶的化学组成和结构的不同而异。分子间的相互作用会妨碍分子链的运动，表现为粘性或粘度，以致应力与变形往往处于不平衡状。作用于橡胶分子上的力，一部分用于克服分子间的粘性阻力，另一部分才使分子链变形，此二者构成橡胶的粘弹性质。弹性和粘性为许多材料所兼有，然而高粘性和高弹性则是橡胶所特有的。橡胶加工过程中的粘弹性质在第六章中讨论，本章着重讨论橡胶受力后的应力松弛，蠕变，滞后损失，恢复和变形以及动态力学性质等，着重说明时间，温度的影响。

一，应力松弛

1.应力松弛的意义

在恒定温度下，将橡胶伸长一定长度，随着时间的推移，保持此长度的应力将逐渐减小，这种现象叫应力松弛。或者说，恒温，恒定变形下，应力是时间的函数。

产生应力松弛现象的原因是因为橡胶的粘度很大，外力作用于其上的瞬时间不可能均匀分布，有的链段可能还没有受到外力的作用。由于力分布不均匀，内应力很大，分子处于紧张状态。然后，分子链移动，重排，经过一定的时间后方能消除内应力，达到平衡状态。此时，应力亦下降平衡值。所以应力松弛是消除粘性阻碍的过程。但对生胶来说，虽有分子链间的相互缠结，但毕竟不是横键，分子将逐渐产生链间的相对位移而解脱纠缠，应力将松弛。图5-20表示硫化橡胶分子链的应力松弛过程，若是生胶，将有塑性流动，应力减到零而无平衡应力。

2.简单的应力松弛模型-马氏（Maxwall）模型

运用简单的模型可以帮助理解应力松弛现象。之前的是马氏模型。这种模型由一弹簧和一置于粘性液体中的活塞（粘壶）串联而成。弹簧代表卷曲的分子链，粘壶表示分子间的吸引力。当外力作用于模型上时，弹簧先行张开，代表理想橡胶分子链受力后立即变形。弹簧上所受的力立即传给活塞，但活塞的移动收到周围粘性液体的阻碍，需要经过一段时间才能移动。因此，加力的瞬时，全部变形都体现在弹簧上，随着加力时间的延长，粘壶运动，弹簧的伸长逐渐减小，保持模型变形恒定的力也随之减小。