High Strength Polyurea Elastomers with Superior Room Temperature Self‐Healing, Recyclability, and Extreme‐Temperature Mechanical Robustness

材料科学 聚脲 复合材料 弹性体 韧性 热塑性弹性体 极限抗拉强度 聚合物 断裂韧性 热塑性聚氨酯 聚酰胺 热塑性塑料 软机器人 模数 聚烯烃 艾氏冲击强度试验 粘弹性 脆性 弯曲模量 动态力学分析 异氰酸酯 聚结(物理) 弹性模量 延伸率
作者
Lin Wang,Yingdong Zhang,Zhiwei Yang,Manman Jia,Dongmei Yue
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202525647
摘要

Abstract Achieving simultaneous high strength, toughness, room temperature self‐healing, recyclability, and extreme‐temperature adaptability remains a critical challenge for thermoplastic elastomers (TPE). Here, a series of thermoplastic polyurea elastomers (IPDI‐D2000‐PPD) with hierarchical hydrogen‐bonding networks are synthesized using polyether amine (D2000) as soft segments, isophorone diisocyanate (IPDI) as hard segments, and p‐phenylenediamine (PPD) as chain extenders. By adjusting hard‐segment content, the materials exhibit outstanding room‐temperature properties, including tensile strength up to 38.6 MPa, toughness reaching 164.2 MJ m −3 , true stress of 354.0 MPa, and remarkable crack tolerance, whereby the notched sample can lift 48,600 times its own weight. The synergistic effects of flexible polyether chains and reversible hydrogen bonds endow the elastomers with 90% self‐healing efficiency at room temperature under trace ethanol and over 90% mechanical recovery after four recycling cycles. Importantly, they retain mechanical robustness across extreme temperatures, with strengths of 56.4 MPa at −50 °C and 14.3 MPa at 120 °C, and toughness of 143.6 and 98.6 MJ m −3 . Incorporation of ionic liquids further yields conductive ionogels for strain sensing. This work demonstrates a simple and versatile molecular design strategy, bridging performance gaps in multifunctional elastomers for sustainable, extreme‐temperature adaptability, and intelligent applications.
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