Healable, Recyclable, and Mechanically Tough Polyurethane Elastomers with Exceptional Damage Tolerance

材料科学 弹性体 韧性 复合材料 极限抗拉强度 聚氨酯 聚合物 损伤容限 断裂韧性 聚己内酯 复合数
作者
Xiaohan Wang,Shengnan Zhan,Zhong‐Yuan Lu,Jian Li,Xiao Yang,Yongna Qiao,Yongfeng Men,Junqi Sun
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:32 (50) 被引量:401
标识
DOI:10.1002/adma.202005759
摘要

Abstract There is a huge requirement of elastomers for use in tires, seals, and shock absorbers every year worldwide. In view of a sustainable society, the next generation of elastomers is expected to combine outstanding healing, recycling, and damage‐tolerant capacities with high strength, elasticity, and toughness. However, it remains challenging to fabricate such elastomers because the mechanisms for the properties mentioned above are mutually exclusive. Herein, the fabrication of healable, recyclable, and mechanically tough polyurethane (PU) elastomers with outstanding damage tolerance by coordination of multiblock polymers of poly(dimethylsiloxane) (PDMS)/polycaprolactone (PCL) containing hydrogen and coordination bonding motifs with Zn 2+ ions is reported. The organization of bipyridine groups coordinated with Zn 2+ ions, carbamate groups cross‐linked with hydrogen bonds, and crystallized PCL segments generates phase‐separated dynamic hierarchical domains. Serving as rigid nanofillers capable of deformation and disintegration under an external force, the dynamic hierarchical domains can strengthen the elastomers and significantly enhance their toughness and fracture energy. As a result, the elastomers exhibit a tensile strength of ≈52.4 MPa, a toughness of ≈363.8 MJ m −3 , and an exceptional fracture energy of ≈192.9 kJ m −2 . Furthermore, the elastomers can be conveniently healed and recycled to regain their original mechanical properties and integrity under heating.
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