由橡胶基质和刚性织物组成的软纤维增强聚合物(fiber‐reinforced polymers, FRP)在工业中得到广泛应用,因为它们具有高的拉伸比强度,同时允许在弯曲或扭曲下弯曲变形。然而,现有的软玻璃钢由于界面分层而抵抗裂纹扩展的能力相对较弱,这大大增加了其在使用过程中失效的风险。于此,日本北海道大学龚剑萍等人开发了一种具有高比强度同时又显示出非凡的抗裂性的软性FRP。
本文要点:
1)该策略是在机织物存在下,由丙烯酸酯单体合成坚韧的粘弹性基体,从而产生具有牢固的界面和互锁结构的柔软复合材料。此类复合材料的断裂能Γ高达2500 kJ m-2,超过了现有的最坚硬的材料。
2)实验表明,断裂能服从一个简单的关系,
Γ = W · l T
其中W为两组分断裂时拉伸功的体积加权平均值,lT为力传递长度,与纤维/基体模量比的平方根成比例。卓越的Γ是通过结合非常大的,lT(10–100 mm)实现的,这是由于极高的纤维/基质模量比(104–105)和最大的能量耗散密度W。所阐明的定量关系为超韧软复合材料的设计提供了指导。
Cui, W., et al., Fiber‐Reinforced Viscoelastomers Show Extraordinary Crack Resistance That Exceeds Metals. Adv. Mater. 2020, 1907180.
https://doi.org/10.1002/adma.201907180