黏弹性材料的应力松弛现象及其描述方法

当应变恒定时，应力随时间增加而衰减的现象称为应力松弛。图9-7所示为给试件施加恒应变ε（t）=ε0H（t）时，应力σ（t）随时间增加而衰减的情况。对于线性非晶态高分子材料，由于有黏性流动，因而经过足够长时间后，应力衰减至零。对于交联高分子材料，由于无黏性流动，经过足够长的时间后，应力σ（t）衰减到一个有限值σ∞。

图9-7　应力松弛

引入松弛模量来描述黏弹性材料在恒应变作用下的应力松弛性质。将恒应变ε0H（t）作用下的应力响应表示为

式中：E（t）称为应力松弛模量，它表示产生并维持单位应变所需的应力，一般是随时间增加而减小的函数。(www.xing528.com)

高分子材料的应力松弛模量通常可以写成如下形式：

式中第一项时应力松弛模量的稳定值，称为高分子材料的平衡弹性模量；式中第二项为随时间增加而衰减的模量部分，其中φ（t）称为应力松弛函数，E0称为初始模量，。

图9-8所示为在保持恒应变ε0时，非晶态高分子材料松弛模量随时间增加而变化的情况。随着时间增加，高分子材料依次呈现玻璃态、玻璃化转变、高弹态、高弹态-黏流态转变、黏流态（交联高分子材料无黏性流动，因而不出现此状态）。图9-8所示的特征时间τ称为松弛时间。在松弛时间τ附近，高分子材料的力学性质发生剧烈的变化，其力学状态从玻璃态变为高弹态，松弛模量从109 N/m2变化到106 N/m2以下。

图9-8　应力松弛模量与时间的关系