水解裂纹扩展

可降解聚合物正在大力开发，以促进可持续性和保健。证据已经积累，分解一种聚合物的化学反应也能长出裂纹。即使在很小的载荷下，裂纹的速度也可以比整体退化速度高出一个数量级，导致过早失效。在此，我们证明了在两种可降解材料的复合材料中，裂纹明显减慢。在均质可降解材料中，应力集中在裂纹尖端，因此相对较小的拉伸作用会产生较大的应力和较高的反应速度。由两种可降解材料组成的复合材料的断裂行为是不同的：纤维的刚性材料和基体的柔顺材料，它们之间有很强的粘合力：柔软的基体使裂纹变钝，裂纹尖端的应力分布在长长的纤维上。同样的反应速率需要较大的外加拉伸。这种应力脱集中延缓了复合材料中裂纹的扩展。我们用硬聚二甲基硅氧烷( PDMS )纤维在软PDMS基体中制成的复合材料来证明这个概念。在环境中水分子的存在下，PDMS中的硅氧烷键发生水解，引起水解裂纹扩展。我们表明，在PDMS复合材料中，水解裂纹的增长比在均匀PDMS中慢得多，甚至可能在复合材料中止裂。希望这一概念将有助于开发抗过早失效的可降解材料。