通过具有牺牲键与隐藏长度微结构热塑性纤维增韧弹性体
软凝聚态物质
2021-02-16 v1 材料科学
摘要
能够进行大非弹性变形的软材料在兼具刚度、强度与韧性的高性能珍珠层启发架构材料中起着关键作用。这些架构材料中由玻璃或陶瓷制成的刚性“构筑块”缺乏非弹性变形能力，因而依赖将这些构筑块粘结在一起的软界面材料来实现大变形和高韧性。在此，我们展示了一种在广泛使用的弹性体中嵌入具有牺牲键与隐藏长度的微结构热塑性纤维，从而在软材料中实现大非弹性变形和高能量耗散的概念。该微结构纤维利用商用3D打印机上熔融聚碳酸酯(PC)细丝的流体力学不稳定性制备。将聚二甲基硅氧烷(PDMS)树脂注入纤维周围，固化后形成软复合材料。通过断裂试验分析了该复合材料的失效机制与损伤容限。发现高能量耗散与牺牲键和弹性体基体的多次断裂事件有关。在弹性体复合材料中组合微结构纤维与直纤维，相较于纯弹性体，刚度提高约17倍，失效总能量提高约7倍。我们在微观尺度软材料中应用牺牲键与隐藏长度增韧机制的发现，将促进具有高机械性能的新型仿生层状复合材料的发展。
引用
@article{arxiv.2102.07719,
title = {Toughening elastomers via microstructured thermoplastic fibers with sacrificial bonds and hidden lengths},
author = {Shibo Zou and Daniel Therriault and Frédérick P. Gosselin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.07719},
year = {2021}
}