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文檔簡介
1、熱固性環(huán)氧樹脂因其優(yōu)良的力學性能和熱穩(wěn)定性被廣泛地應用于交通、機械、集成電路等領域。隨著航空航天工業(yè)的快速發(fā)展,對環(huán)氧樹脂性能提出了更高的要求,許多研究者致力于改進已有的環(huán)氧樹脂、固化劑及其固化配方。本文以環(huán)氧樹脂4,4-二氨基二苯甲烷四縮水甘油醚(TGDDM)為研究對象,采用分子動力學(MD)研究了交聯(lián)度、固化劑類型、碳納米管以及碳納米管的官能化處理對交聯(lián)環(huán)氧樹脂結構與性能的影響,以期為交聯(lián)環(huán)氧樹脂的配方設計提供理論預測與指導。
2、> 本文首先開發(fā)了能實現(xiàn)環(huán)氧樹脂與胺類固化劑動態(tài)交聯(lián)反應以及模擬降溫的perl腳本程序,并在Material Studio軟件下構建了相應的操作界面,然后將腳本應用到環(huán)氧樹脂TGDDM和固化劑4,4-二氨基二苯砜(DDS)體系中,分析了不同交聯(lián)度下TGDDM/DDS體系結構與性能之間的關系。結果表明,體系的密度(ρ)、玻璃化轉變溫度(Tg)、彈性模量均隨著交聯(lián)度的增大而增大;體系的總能量、鍵角能、二面角能隨交聯(lián)度增大而減小,非鍵作用能
3、、范德華力和靜電作用力隨著交聯(lián)度增大而增大;均方位移(MSD)和自由體積的大小可以反映體系中分子鏈段的運動能力,隨著交聯(lián)度的增大,體系中分子鏈段的MSD減小,自由體積先減小后增大,交聯(lián)反應使得體系的小分子形成了網狀結構,阻礙了分子鏈段的運動,使得體系分子鏈段整體運動能力下降。
以2,4-二氨基二苯甲烷(DDM),間苯二胺(MPD),二乙基甲苯二胺(DETDA)三種固化劑對TGDDM進行交聯(lián)反應,并與TGDDM/DDS體系進行了
4、對比,分析了固化劑分子結構特征對交聯(lián)環(huán)氧樹脂結構與性能的影響。結果表明,四個體系的彈性模量值最大的為DDS體系,最小的為DETDA體系;四個體系的Tg大小關系和彈性模量值一致,大小關系為DDS>MPD>DDM>DETDA;采用MSD和自由體積分數(shù)分析了體系分子鏈段運動能力;采用內聚能密度(CED)分析了分子間作用力與Tg的關系,CED越大,體系的Tg越高;分析了四個體系的力學性能隨溫度的變化情況,結果表明體系的彈性模量隨溫度升高均出現(xiàn)減
5、小趨勢,DDS和MPD體系在溫度達到600K時仍保持了較高的彈性模量值。
分析了填料單壁碳納米管(SWCNTs)和官能化處理的單壁碳納米管(FSWCNTs)對環(huán)氧樹脂體系性能與結構的影響。結果表明SWCNTs的加入使得體系的Tg升高了近20K,F(xiàn)SWCNTs填料體系的力學性能優(yōu)于純環(huán)氧樹脂體系;但在本文的模擬中,SWCNTs的加入并沒能使得體系的力學性能得到明顯提升,F(xiàn)SWCNTs填料體系沒有在300K-600 K溫度范圍內觀
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