Anomalous strengthening behavior of nanocrystal-reinforced polyurethane fibers

材料科学 韧性 聚氨酯 复合材料 极限抗拉强度 纳米晶 聚合物 制作 无定形固体 结晶 纳米技术 化学工程 结晶学 医学 化学 替代医学 病理 工程类
作者
Mengyu Li,Xin Han,Yu Zhang,Chengzhong Yu,Lei Li,Xiaopeng Li,Lin Zhang,Dan Guo,Guoxin Xie
出处
期刊:Materials Today [Elsevier BV]
卷期号:72: 87-96 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.mattod.2023.12.004
摘要

Although the strength of conventional polyurethane fibers can be modulated using strain-induced crystallization strategies, current fabrication processes cannot achieve sufficient strength and toughness. Here, we report a novel strategy involving precise adjustment of hydrogen-bond donor unit positions and directed arrangement of the polyurethane backbone to enhance the strength and toughness of a new fiber type (i-PUF). New nanocrystals could be formed continuously in the amorphous phases of the i-PUFs due to strong interchain interactions in response to the increasing strain, causing anomalous strengthening behavior. The tensile strength of the i-PUFs was 1.3 GPa, 3.1 times that of the strongest polyurethane fibers. Moreover, the toughness value of the i-PUFs was 244.8 MJ/m3, 1.4 times higher than that of spider dragline silk. Additionally, the i-PUFs exhibited excellent self-healing properties since the slip effect of the hydrogen bonds in the nanocrystals were enhanced by external thermal stimulation. The proposed approach can be applied to various commercial polymers to fabricate durable polymer fibers with enhanced strength and toughness.
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