一种水凝胶构造及断裂性能优化方法

本发明属于工程材料，具体涉及一种水凝胶构造及断裂性能优化方法。

背景技术：

1、水凝胶是一类可应用于不同领域的高弹体材料。水凝胶的力学性能是决定其用途的关键指标，在力学性能中，断裂性能是其重要组成部分。现有的提高水凝胶断裂性能的技术手段除设法阻碍裂纹的扩展外，还包括引导裂纹偏转方向，改进结构的性能。但上述的使裂纹偏转的技术主要是通过改变水凝胶组成成分实现，即从微观角度制备或者改善水凝胶的断裂性能。具体地，从微观结构上使分子链偏转可以达到偏转裂纹的目的，但需要制备具有各向异性性质的水凝胶，这种各向异性的水凝胶的制备工艺较为复杂，并且对所使用的合成材料具有特殊要求，不具备普适性。

技术实现思路

1、第一方面，本发明提供了一种水凝胶构造，从宏观的角度消除水凝胶初始缺陷影响进行构思，优化水凝胶的断裂性能。

2、具体技术方案如下：

3、一种水凝胶构造，所述水凝胶具有i型的初始裂纹，所述初始裂纹具有可向水凝胶结构体内继续扩展的发展端，所述发展端设有向水凝胶结构体内延伸的薄弱界面，所述薄弱界面用于引导所述初始裂纹的发展方向。

4、进一步地，所述初始裂纹具有裂纹开始扩展的起始端，所述起始端与所述发展端之间的路径为初始裂纹路径，所述薄弱界面的延伸路径为薄弱界面路径，所述薄弱界面位于所述初始裂纹的其中一侧且所述薄弱界面路径与所述初始裂纹路径垂直。

5、进一步地，所述初始裂纹具有裂纹开始扩展的起始端，所述起始端与所述发展端之间的路径为初始裂纹路径，所述薄弱界面的延伸路径为薄弱界面路径，所述薄弱界面以所述初始裂纹路径对称设置于所述初始裂纹两侧且所述薄弱界面路径均与所述初始裂纹路径垂直。

6、进一步地，所述水凝胶呈薄板状，所述初始裂纹路径沿水凝胶的长度方向。

7、进一步地，所述初始裂纹位于所述水凝胶纵切面的中心线处。

8、进一步地，所述水凝胶具有各向同性。

9、第二方面，本申请提供了一种水凝胶断裂性能优化方法，包括以下步骤：

10、在具有各向同性性质的水凝胶的i型初始裂纹的发展端构造薄弱界面，所述薄弱界面的延伸方向与初始裂纹的发展方向垂直。

11、第三方面，本申请提供了一种水凝胶断裂性能优化方法，包括以下步骤：

12、在无缺陷的、具有各向同性性质的水凝胶结构体中构造i型的初始裂纹，在所述初始裂纹的发展端且与初始裂纹垂直的方向对称构造两个薄弱界面。

13、由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果如下：

14、1.本申请不同于传统的从化学组分层面改善水凝胶断裂性能的方法，本申请设计的水凝胶构造从结构层面提升水凝胶的断裂性能，可操作性强且具有推广性，可适用于具有各向同性的不同种类的水凝胶。

15、2.本申请所提出的第一种水凝胶断裂性能优化方法可针对已有裂缝的水凝胶改善其断裂性能。具体地，在设置薄弱界面后，薄弱界面会减小初始裂纹向薄弱界面所在部分的扩展阻力，从而引导初始裂纹向薄弱界面一侧发展，进而改变原本沿初始裂纹路径发展的过程，最终提高水凝胶的断裂性能。

16、3.申请所提出的第二种水凝胶断裂性能优化方法可针对无缺陷水凝胶提升断裂性能，在具体位置构造初始裂纹后，在初始裂纹的发展端构造垂直的薄弱界面，薄弱界面可在初始裂纹的单侧布置或两侧布置。两侧布置时，初始裂纹在发展过程中的应力集中现象会被明显削弱，进而消除初始缺陷的影响，提升水凝胶的断裂性能。

技术特征：

1.一种水凝胶构造，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种水凝胶构造，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种水凝胶构造，其特征在于，

4.根据权利要求2或3所述的一种水凝胶构造，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的一种水凝胶构造，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的一种水凝胶构造，其特征在于，

7.一种水凝胶断裂性能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.一种水凝胶断裂性能优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本申请涉及一种水凝胶构造及断裂性能优化方法，水凝胶具有初始裂纹，初始裂纹具有可向水凝胶结构体内继续扩展的发展端，发展端设有向水凝胶结构体内延伸的薄弱界面，薄弱界面用于引导初始裂纹的发展方向。通过在具有各向同性性质的水凝胶的I型初始裂纹的发展端构造薄弱界面，改变薄弱界面的数量和延伸角度实现水凝胶的断裂性能优化。本申请所设计的水凝胶构造及性能优化方法可显著减少应力集中的影响，提升水凝胶的断裂性能。

技术研发人员：项春平,聂宵,张国龙,夏梦琪,邹炳瑞,邵文龙
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/6