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    1. 聚焦新聞

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      實際橡膠的粘彈性---應力松弛

               橡膠彈性的統計理論討論了所有橡膠的通性,以分子間沒有相互作用力,分子鏈可以自由轉動的理想分子為研究對象,橡膠的彈力完全由卷曲分子構象的變化產生,應力與變形之間處于平衡狀態,并且與橡膠的化學組成無關。然而,真實橡膠并非如此,分子間有吸引力,吸引力的大小視橡膠的化學組成和結構的不同而異。分子間的相互作用會妨礙分子鏈的運動,表現為粘性或粘度,以致應力與變形往往處于不平衡狀。作用于橡膠分子上的力,一部分用于克服分子間的粘性阻力,另一部分才使分子鏈變形,此二者構成橡膠的粘彈性質。彈性和粘性為許多材料所兼有,然而高粘性和高彈性則是橡膠所特有的。橡膠加工過程中的粘彈性質在第六章中討論,本章著重討論橡膠受力后的應力松弛,蠕變,滯后損失,恢復和永久變形以及動態力學性質等,著重說明時間,溫度的影響。
      一,應力松弛
      1.應力松弛的意義
      在恒定溫度下,將橡膠伸長至一定長度,隨著時間的推移,保持此長度的應力將逐漸減小,這種現象叫應力松弛?;蛘哒f,恒溫,恒定變形下,應力是時間的函數。
      產生應力松弛現象的原因是因為橡膠的粘度很大,外力作用于其上的瞬時間不可能均勻分布,有的鏈段可能還沒有受到外力的作用。由于力分布不均勻,內應力很大,分子處于緊張狀態。然后,分子鏈移動,重排,經過一定的時間后方能消除內應力,達到平衡狀態。此時,應力亦下降至平衡值。所以應力松弛是消除粘性阻礙的過程。但對生膠來說,雖有分子鏈間的相互纏結,但畢竟不是永久性的橫鍵,分子將逐漸產生鏈間的相對位移而解脫糾纏,應力最終將松弛至零。圖5-20表示硫化橡膠分子鏈的應力松弛過程,若是生膠,最終將有塑性流動,應力減至零而無平衡應力。

      2.簡單的應力松弛模型-馬氏(Maxwall)模型
      運用簡單的模型可以幫助理解應力松弛現象。最早的是馬氏模型。如圖5-21所示。這種模型由一彈簧和一置于粘性液體中的活塞(粘壺)串聯而成。彈簧代表卷曲的分子鏈,粘壺表示分子間的吸引力。當外力作用于模型上時,彈簧先行張開,代表理想橡膠分子鏈受力后立即變形。彈簧上所受的力立即傳給活塞,但活塞的移動收到周圍粘性液體的阻礙,需要經過一段時間才能移動。因此,加力的瞬時,全部變形都體現在彈簧上,隨著加力時間的延長,粘壺運動,彈簧的伸長逐漸減小,保持模型變形恒定的力也隨之減小。


             


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