黏弹性材料的应力松弛
字数 381 2025-11-18 04:04:52
黏弹性材料的应力松弛
应力松弛是黏弹性材料在维持恒定应变时,其内部应力随时间逐渐衰减的现象。这一特性源于材料同时具备弹性固体的能量储存能力和黏性流体的能量耗散能力。
当黏弹性材料被瞬间拉伸至固定长度(恒定应变)后,分子链段最初处于被迫取向的非平衡状态。材料内部立即产生相应的初始应力。在恒定应变约束下,分子链段会通过局部调整(键旋转、侧基运动)和长程滑移(链段解缠结)逐渐向熵增的平衡态弛豫。这种分子重构导致应力随时间的指数型衰减:σ(t) = σ₀exp(-t/τ),其中弛豫时间τ取决于链段活动性与温度的关系。
应力松弛的量化通过松弛模量E(t)=σ(t)/ε₀实现。典型聚合物在玻璃态时τ极长(应力几乎不松弛),高弹态时τ显著缩短(秒至小时量级),黏流态时链段快速滑移导致应力完全衰减。该现象直接影响密封件的紧固保持、应力缓冲材料的功能耐久性等工程应用。