弹性双网络失效的微观洞察

若将两种网络结合为一种材料，聚合物材料的韧性可显著提升。这一增韧效应是由从脆性到延性失效响应的转变所致。尽管该转变及伴随的增韧效应最初在水凝胶中得到证实，但这一概念在弹性体和宏观复合材料中同样有效。这表明该转变并非由特定分子结构引起，而是源于与两个互穿网络间力学相互作用相关的普遍物理原理。本文受此普遍原理启发，运用理论与计算机模拟，研究无序如何在宏观与微观层面调控脆–延转变。一个包含两类不同弹簧的随机弹簧网络模型，使我们能研究初始无序与网络诱导应力异质性对该转变的共同影响。我们揭示力学力平衡可很好描述脆–延转变。此外，弹簧模型中引入无序可预测沿脆–延响应出现的四种不同失效机制，与实验发现一致。最后，我们表明网络结构可依失效机制导致应力集中、弥散损伤和渗流丧失。本工作从而为双网络材料的设计与优化提供了框架，并强调了网络结构在聚合物材料韧性中的重要性。