An exceptional strength, self-healing and recyclability polyurethane elastomers via multiple hydrogen bonds optimization strategy

材料科学 自愈 韧性 弹性体 复合材料 极限抗拉强度 氢键 聚氨酯 脂环化合物 断裂韧性 聚合物 延伸率 分子间力 高分子化学 分子 有机化学 化学 替代医学 病理 医学
作者
Hengyu Feng,Fei Yu,Yuxin Guo,Wenhua Wang,Linghan Xiao,Yujing Liu
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:655: 159560-159560 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2024.159560
摘要

Self-healing materials have the ability to recover mechanical performance, extend material lifespan, significantly cut costs, and bring solutions to present environmental challenges created by synthetic materials' slow decay or non-degradability. However, reconciling the contradiction between self-healing ability and mechanical strength remains a pressing challenge for self-healing materials. We have designed a polyurethane elastomer (SPU-AI), which exhibits high strength, toughness, self-healing properties, and recyclability. The polyurethane consists of an alicyclic hexatomic ring, urethane bonds, and flexible polyether short chains. Notably, thanks to the densely packed array of urethane bond hydrogen bonds, SPU-AI achieves a maximum tensile strength of 34.34 ± 2.36 MPa, fracture energy of up to 110.91 kJ m−2, and a fracture true stress of 410 MPa. Moreover, the energy dissipation of hydrogen bonds during the stretching process enables SPU-AI to achieve a maximum elongation of 1094 ± 95.2 % and a toughness of 152.48 ± 8.23 MJ m−3. On the other hand, due to the intermolecular hydrogen bond array and molecular chain migration, SPU-AI exhibits remarkable reparability, achieving a healing efficiency of 97 % in just 3 h at 80 °C. We have also proven its enormous potential uses in capacitive pressure sensors and 3D printing.
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