聚合物的力学性质随时间的变化统称为力学松弛。根据聚合物受力情况的不同，可以观察到不同的力学松弛现象，如蠕变、应力松弛、滞后和力学损耗等。应力松弛是指聚合物试样在恒定温度和形变保持不变的情况下，聚合物内部的应力随时间的增加而逐渐衰减的现象。例如，拉伸一块未交联的橡胶至一定长度并保持长度不变，橡胶的回弹力会随着时间的延长而衰减。当时间足够长时，回弹力可以减小至零（如图39－1所示）。这种情况下，应力与时间呈指数关系如下：
式中： σ 0 是起始应力， τ 是松弛时间。
与蠕变相对应，应力松弛也反映聚合物内部分子运动。当橡胶被拉长时，链段沿拉力方向运动，而此时分子链重心没有发生位移，分子链构象处于不平衡状态，因而产生回弹力。随着时间延长，链段顺着外力方向运动，分子链逐渐过渡到新的平衡构象，整个分子链发生位移，从而减小或消除内部应力。对于常温下的塑料，在强外力作用下发生强迫高弹形变，由于内摩擦力大，链段运动能力很弱，应力松弛缓慢，短时间内不易觉察到；对于常温下的橡胶，链段运动受到的内摩擦力很小，应力能够很快松弛掉，甚至快到觉察不到。一般来说，在玻璃化转变温度附近几十摄氏度范围内，聚合物的应力松弛现象比较明显。可见，应力松弛过程受温度影响很明显。对于同一聚合物，在不同力学状态下，呈现出不同的应力松弛行为，温度越高，松弛时间越短，应力松弛越快，如图39－2所示。对于交联橡胶，由于分子链间不能滑移，应力不会松弛到零，而是松弛到某一数值，如图39－1所示。本实验采用交联橡胶片作为实验对象，可以观测到不同交联度橡胶的应力松弛行为。
图39－1 聚合物的应力松弛曲线图
图39－2 不同温度下聚合物的应力松弛曲线