缠结与非缠结聚合物网络的断裂与疲劳
软凝聚态物质
2021-12-24 v1
摘要
聚合物链的缠结在弹性体、凝胶和生物组织中普遍存在。尽管链缠结对聚合物网络弹性和粘弹性的影响已被深入研究，链缠结如何影响聚合物网络的断裂与疲劳仍不清楚。本文以聚丙烯酰胺水凝胶为模型材料，系统比较了具有不同缠结程度的聚合物网络的断裂韧性与疲劳阈值。我们发现，非缠结聚合物网络的断裂韧性与疲劳阈值几乎相同，尽管该非缠结聚合物网络仍包含非理想特征，如拓扑缺陷（即悬垂链和环状环）和结构异质性（即非均匀链长和非均匀官能度）。相比之下，缠结聚合物网络的断裂韧性可超过其疲劳阈值十倍以上（最高达16倍），表明链缠结带来了显著的增韧效果。不同于聚合物网络体相耗散导致的传统增韧，链缠结的增韧要求体相缠结聚合物网络的低应力-拉伸滞后（<10%）。我们将缠结聚合物网络中的增韧归因于一种新的耗散机制——近裂纹耗散，其可能由裂纹尖端附近链的拔出和链的非局域化损伤所诱发。
引用
@article{arxiv.2112.12372,
title = {Fracture and fatigue of entangled and unentangled polymer networks},
author = {Dongchang Zheng and Shaoting Lin and Jiahua Ni and Xuanhe Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.12372},
year = {2021}
}
备注
23 pages, 7 figures, submitted to Extreme Mechanics Letter