8月19日消息，一篇于8月19日提交至arXiv的研究《The role of weak interfaces in the tensile deformation and fracture of particle-filled polymers studied by phase-field modeling》对颗粒填充聚合物复合材料的断裂机制给出了系统的计算分析。
研究由德国不来梅大学（雅各布斯大学）与丹麦奥尔堡大学等机构合作完成，作者包括Xu Chen、Ya Duan、Xiaoying Zhuang、Timon Rabczuk等，论文篇幅49页、含16幅图。
弱颗粒-基体界面在颗粒填充聚合物复合材料的拉伸断裂中起关键作用，但其如何主导渐进脱粘、断裂局部化及宏观力学性质变化，此前理解不足。
该研究建立了结合超弹性聚合物基体与弥散界面（smeared interface）的内聚区相场模型，研究界面脱粘与基体断裂的耦合演化，并以颗粒填充聚氨酯复合材料的单轴拉伸响应对模型进行校验。
主要发现有二。其一，弱界面会在应力-应变响应中诱导一个中间软化阶段，表现为有效切线刚度下降，与分布式界面损伤相关；其二，界面强度主要控制脱粘的起始，而界面断裂能决定脱粘是渐进分布式发展还是快速局部化为主导裂纹带。与界面结合良好的参照体系对比进一步表明，弱界面可能降低最大应力但同时改变断裂能的耗散分布。
对高分子复合材料产业而言，这一模型的价值在于把"填料-基体界面"这一配方中最难直接观测的变量转化为可仿真的设计参数：橡胶、胶粘剂、涂层与3D打印弹性体中大量使用颗粒填充改性，界面强度与界面韧性的解耦意味着配方工程师可以分别通过填料表面处理（影响强度）与界面相容剂（影响断裂能）来定向调控材料的损伤容限与延性，模型开源后可直接用于相关工艺的数值优化。
（来源：arXiv）