交叉链接度变化通过侧向裂纹实现软材料断裂的编程与控制

软材料的大变形通常与强大的本构和几何非线性相关，这些非线性产生新的断裂模式。某些各向同性材料可以发展出强烈的断裂各向异性，这表现为裂纹路径的修改。侧向裂纹发生在当裂纹偏离垂直于应力方向，以沿着加载方向传播时。这种断裂模式源于对垂直于主伸长方向的传播具有更高的阻力。已证明，这种断裂各向异性与微结构拉伸——即变形晶化机制——有关。然而，断裂行为随着交叉链接度精确变化的情况尚未完全理解。利用实验和计算模拟，本文显示，裂纹在两组分Elastosil P7670中沿侧向方向传播的倾向性随交叉链接度的增加而增大。我们探讨了用于制备具有从前向到侧向断裂过渡的弹性体的混合比例。为帮助调查，我们构建了一个新的相位场断裂模型，其中临界能释放率直接与交叉链接度相关。我们的结果表明，断裂各向异性可以在聚合物合成期间进行编程。然后，我们提出了一种路线图，其中包含低交叉链接和高交叉链接相位的复合软结构，允许对断裂进行控制，即阻止和/或引导断裂。通过将我们的计算框架作为虚拟测试台，我们捕获了复合样品的断裂性能，并能够基于更复杂的复合单元预测。总体而言，我们的工作为增强软聚合物的断裂韧性提供了前景的途径。