强拉伸流场中缠结聚合物的链间重组机制与管模型失效分析

《Nature Communications》：Entangled-to-packed crossover in nonlinear extensional rheology of entangled polymers

　　

摘要

管模型通过将多链缠结现象简化为单链模型，使得聚合物材料的力学行为得以定量描述，这一模型在从聚合物加工到生命科学的众多应用中都发挥着基础性作用。然而，在强拉伸流场中，这种理论会系统性地失效。通过对缠结聚合物进行分子动力学模拟，我们发现了应变作用下材料从缠结状态向排列有序的状态转变的现象。当链的基本伸长达到饱和后，对流作用导致的解缠和链段排列过程会使得系统重新组织成排列整齐的构型。这种转变表明，要准确描述超过链内构象应变的拉伸应力，必须考虑链间相互作用的影响。这一发现解释了基于管模型的描述方法在强拉伸条件下的失效，并定量描述了材料在大应变下的力学响应。这些结果清晰地揭示了链间重组过程如何控制材料的非线性拉伸行为。