Nonsteady fracture of transient networks: The case of vitrimer
Nonsteady fracture of transient networks: The case of vitrimer
复制标题
瞬态网络的非稳态断裂：vitrimer 的案例
DOI：
10.1073/pnas.2105974118
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Vernerey, Franck J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shen, Tong;Song, Zhaoqiang;Cai, Shengqiang;Vernerey, Franck J.
我们发现了一种特殊的断裂形式，它发生在由共价适应键形成的聚合物网络中。由于键的动态特性，该网络的断裂是速率依赖的，并且裂纹以高度非稳态的方式扩展。这些现象不能用现有的断裂理论来解释，大多数断裂理论都是基于稳态假设。为了解释这些特殊的特征，我们首先回顾了瞬态网络和共价网络之间的根本区别，其中我们强调了裂纹的瞬态特征。我们扩展了目前的断裂准则裂纹萌生的时间演化计划，允许一个跟踪裂纹的非稳态传播。通过结合实验建模的努力，我们表明，在瞬态网络中的断裂是由两个参数：Weissenberg数定义的裂纹驱动力的历史路径和扩展parameterthat告诉多远裂纹可以增长。我们进一步用我们的理解来解释这个奇特的实验观察。为了进一步利用这种理解，我们表明，可以“编程”一个试样的裂纹扩展动力学通过调整加载历史。
We have discovered a peculiar form of fracture that occurs in polymer network formed by covalent adaptable bonds. Due to the dynamic feature of the bonds, fracture of this network is rate dependent, and the crack propagates in a highly nonsteady manner. These phenomena cannot be explained by the existing fracture theories, most of which are based on steady-state assumption. To explain these peculiar characteristics, we first revisit the fundamental difference between the transient network and the covalent network in which we highlighted the transient feature of the cracks. We extend the current fracture criterion for crack initiation to a time-evolution scheme that allows one to track the nonsteady propagation of a crack. Through a combined experimental modeling effort, we show that fracture in transient networks is governed by two parameters: the Weissenberg numberthat defines the history path of crack-driving force and an extension parameterthat tells how far a crack can grow. We further use our understanding to explain the peculiar experimental observation. To further leverage on this understanding, we show that one can “program” a specimen’s crack extension dynamics by tuning the loading history.
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