Fracture of dual crosslink gels with permanent and transient crosslinks: Effect of the relaxation time of the transient crosslinks

共价键 材料科学 键裂 复合材料 放松(心理学) 甲基丙烯酸酯 耗散系统 化学物理 高分子化学 聚合物 热力学 化学 共聚物 有机化学 物理 催化作用 社会心理学 心理学
作者
Jingwen Zhao,Louis Debertrand,Tetsuharu Narita,Costantino Creton
出处
期刊:Journal of Rheology [American Institute of Physics]
卷期号:66 (6): 1255-1266 被引量:4
标识
DOI:10.1122/8.0000460
摘要

We investigate the fracture properties of poly(acrylamide-co-1-vinylimidazole) dual crosslink hydrogels [P(AAm-co-VIm)-M2+ gels] containing a small fraction of covalent bonds and a majority of dynamic bonds based on metal coordination bonds (Ni2+ or Zn2+). Unlike a previous study on a different dual crosslink hydrogel system having slower dynamic bonds based on poly(vinylalcohol) and borate ions (PVA-Borax gels), the presence of these faster dynamic coordination bonds has two main effects: They significantly toughen the P(AAm-co-VIm)-M2+ gels even at high stretch rates, where the dynamic bonds should in principle behave as covalent bonds at the crack tip, and they toughen the gels at very low stretch rates, where the dynamic bonds are invisible during the loading stage. We propose two additional molecular mechanisms to rationalize this behavior of P(AAm-co-VIm)-M2+ gels: we hypothesize that fast exchanging dynamic bonds remain slow compared to the characteristic time of bond scission and are, therefore, able to share the load upon covalent bond scission even at low loading rates. We also argue of the existence of longer-lived clusters of dynamic bonds that introduce a stretch rate-dependent strain hardening in uniaxial tension and stabilize and increase the size of the dissipative zone at the crack tip, thereby introducing a strain-dependent dissipative mechanism.
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