在众多材料中,弹性体的断裂方式最为千奇百怪。近期,德克萨斯A&M大学机械工程学院的Matt Pharr教授团队揭示了硅弹性体断裂的新方式。德克萨斯的科学家们研究发现,有缺口的高弹体硅胶在进行拉伸试验时,裂纹尖端出现了新的边缘,裂纹竟会沿着边缘产生新方向。研究全文以“ Sideways and stable crack propagation in a silicone elastomer ”为题,于5月7日在《PNAS》上发表。

该文章通过拉伸试验和有限元分析阐述了硅弹性体断裂的原理,在拉伸过程中,裂纹尖端部分的弹性体集中了较大的应力,弹性体会沿着应力方向发生取向和结晶。随着拉伸程度的增加,高分子链的取向度和弹性体的结晶度也随之增加,裂纹也更容易在取向度和结晶度较低的相邻弹性体部位扩展,从而导致了这种侧面裂纹的出现。

图 硅胶拉伸中裂纹的即时变化

研究者通过DSC、XRD和光测弹性学对微观结构进行了分析,证明裂纹尖端的弹性体确实出现了链取向和应力诱导结晶,侧向裂纹在更厚和加载速率更慢的样品中容易出现。Matt Pharr教授表示,“这种“拐弯”的现象可能与材料的微观缺陷和微观结构的变化速率有关,他希望今后会有更多关于弹性体断裂行为微观结构的研究,这一领域还有着广阔的探索空间。

图 不同拉伸模型的裂纹微观结构示意图


全文链接:https://www.pnas.org/content/116/19/9251

 

2019年08月01日

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