Speed-Induced Extensibility Elastomers with Good Resilience and High Toughness

弹性体 材料科学 延伸率 韧性 复合材料 热塑性弹性体 聚合物 弹性(材料科学) 弹性(物理) 模数 可扩展性 弹性模量 极限抗拉强度 共聚物 计算机科学 操作系统
作者
Haiming Chen,J. Justin Koh,Chuanjiang Long,Siqi Liu,Huihui Shi,Jiakang Min,Zhou Li-li,Chaobin He
出处
期刊:Macromolecules [American Chemical Society]
卷期号:54 (7): 3358-3365 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acs.macromol.1c00175
摘要

The relationship between elongation at break of a material and stretching speed has always been known to be an inversed one. In this work, however, thermoplastic elastomers based on two thermodynamically immiscible components, poly(dimethylsiloxane) (PDMS) and poly(propylene glycol) (PPG), exhibit speed-induced extensibility (SIE). This leads to significant enhancement in Young's modulus, strength, and elongation at break with increased stretching speed. As such, the system is capable of achieving elongation at break of more than 9000% at a 70 min–1 stretching speed and excellent notch resistance such that the strain and the fracture energy of the notched specimen can reach up to ∼2000% and ∼53,600 J/m2, respectively, surpassing the most reported PDMS-based elastomers. The toughness is also enhanced by 6.4 times merely by increasing the stretching speeds from 2 to 70 min–1. In addition, the microphase re-separation of PDMS and PPG, together with entropy elasticity of polymer chains, endows the elastomer with a good elastic recovery of ∼98%. Last, the incorporation of a reversible hydrogen bond also allows the elastomers with autonomous self-healing ability (efficiency ∼ 95%). This work opens up the possibility for developing highly stretchable and resilient materials, which can be applied in areas such as artificial muscles.
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