西安交大贾坤课题组 Macromolecules:温度对环氧Vitrimer断裂韧性的影响
2025-01-14 来源:高分子科技
共价键交联的弹性体因难以重新加工或回收,常被焚烧或填埋,导致严重的环境污染。2020年,全球天然橡胶产量达1300万吨,其中大部分未能有效回收,进一步加剧了资源浪费和环境负担。Vitrimer作为一种通过动态共价键交联的聚合物,在保持恒定交联密度的同时实现键的断裂和重组,具有良好的热稳定性、化学稳定性以及自修复、重塑和回收的能力,是极具前景的环保材料。弹性体服役期间会经历显著温度波动,如轮胎制动,此时材料内部的缺陷会在力和温度载荷作用下进一步扩大。弹性体抵抗裂纹扩展的能力,即断裂韧性,受温度影响显著。然而,温度对Vitrimer断裂韧性影响的研究尚不充分,尤其是温度相关的动态键反应速率对断裂韧性的影响机制尚不清楚。
图1. 环氧Vitrimer 中裂纹尖端桥接分子链的拉伸极限受动态键动力学影响。


图2. 不同温度下环氧Vitrimer的交联密度与环状缺陷占比。
图 3. 环氧Vitrimer反应动力学参数测量。
图 4. 温度对不同应变率下环氧Vitrimer的断裂拉伸比与断裂韧性的影响。
进而获得裂纹尖端区域桥接分子链平均存活时间
进一步将桥接分子链视为线性弹簧,得到了裂纹扩展单位面积所释放的能量
建立了动态键高交联聚合物断裂韧性与分子链平均存活时间的映射关系,阐明了断裂韧性温度依赖性的物理机制。理论预测与实验结果较为一致。
图 5. 材料参数对环氧Vitrimer断裂韧性的影响.
原文链接:https://doi.org/10.1021/acs.macromol.4c02212
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(责任编辑:xu)
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