键交换反应作为减轻聚合物基纤维复合材料残余应力的范例
软凝聚态物质
2024-12-12 v1
摘要
聚合物基纤维复合材料常因纤维与树脂的热膨胀系数差异以及树脂固化过程中收缩应变而产生残余应力。为解决由残余应力驱动的复合材料失效，本文提出使用黏性体（vitrimers）作为复合材料树脂，该材料可发生热力学激活的、减释残余应力的键交换反应（BER）。我们对单个玻璃纤维在批量黏性体中的纤维光栅进行测量，结果显示在固化和固化后阶段，含5%催化剂的黏性体中纤维应变显著低于含0%催化剂（预计BER较小）的黏性体。我们开发了一个融合固化、热过程及BER的有限变形、微尺度模型，并将其实现于有限元软件中以模拟单根纤维复合材料系统中的应力演化。实验和计算结果的结合表明，BER能够有效减轻但无法消除聚合物基纤维复合材料中的残余应力。
引用
@article{arxiv.2412.08033,
title = {Bond exchange reactions as a paradigm for mitigating residual stress in polymer matrix fiber composites},
author = {Zhongtong Wang and Robert J. Wagner and Tianke Chen and Sagar P. Shah and Marianna Maiaru and Meredith N. Silberstein},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.08033},
year = {2024}
}