交聯(lián)環(huán)氧樹脂TGDDM結(jié)構(gòu)與性能的分子動力學(xué)模擬.pdf

1、熱固性環(huán)氧樹脂因其優(yōu)良的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性被廣泛地應(yīng)用于交通、機(jī)械、集成電路等領(lǐng)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(jìn)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(xué)（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(jié)構(gòu)與性能的影響，以期為交聯(lián)環(huán)氧樹脂的配方設(shè)計(jì)提供理論預(yù)測與指導(dǎo)。

2、>　　本文首先開發(fā)了能實(shí)現(xiàn)環(huán)氧樹脂與胺類固化劑動態(tài)交聯(lián)反應(yīng)以及模擬降溫的perl腳本程序，并在Material Studio軟件下構(gòu)建了相應(yīng)的操作界面，然后將腳本應(yīng)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(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。結(jié)果表明，體系的密度（ρ）、玻璃化轉(zhuǎn)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(yùn)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(yīng)使得體系的小分子形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，阻礙了分子鏈段的運(yùn)動，使得體系分子鏈段整體運(yùn)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(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)，并與TGDDM/DDS體系進(jìn)行了

4、對比，分析了固化劑分子結(jié)構(gòu)特征對交聯(lián)環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)與性能的影響。結(jié)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(guān)系和彈性模量值一致，大小關(guān)系為DDS>MPD>DDM>DETDA；采用MSD和自由體積分?jǐn)?shù)分析了體系分子鏈段運(yùn)動能力；采用內(nèi)聚能密度（CED）分析了分子間作用力與Tg的關(guān)系，CED越大，體系的Tg越高；分析了四個體系的力學(xué)性能隨溫度的變化情況，結(jié)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(dá)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(jié)構(gòu)的影響。結(jié)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(xué)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(xué)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(nèi)觀