彈性體不同雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其力學(xué)性能調(diào)控的分子動力學(xué)模擬研究.pdf

1、圍繞提高彈性體及其復(fù)合材料的力學(xué)性能這一主題，本論文應(yīng)用分子動力學(xué)模擬方法，從微觀層面探究彈性體及其復(fù)合材料的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對其力學(xué)性能的影響機理。針對互穿型雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和預(yù)拉伸型雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)彈性體材料微觀結(jié)構(gòu)-宏觀力學(xué)性能調(diào)控之間的關(guān)系，主要內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:
　　(1)互穿型雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)彈性體的結(jié)構(gòu)狀態(tài)及其拉伸、剪切力學(xué)性能的探究。通過分子動力學(xué)模擬，我們首次成功設(shè)計制備了互穿型雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的彈性體納米復(fù)合材料，其中納米顆粒(NP)通過雙

2、端官能化的短鏈連接形成NP化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)后與聚合物本體糅合。通過調(diào)整接枝鏈剛性和密度，獲得了NP均勻分散和本體鏈空間滲透狀態(tài)最佳的半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系。在最佳結(jié)構(gòu)狀態(tài)參數(shù)基礎(chǔ)上，我們發(fā)現(xiàn)接枝鏈和本體鏈之間的界面相互作用強度的增強以及NP化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)完整性的提高能夠顯著改善互穿型雙網(wǎng)絡(luò)體系的拉伸力學(xué)性能。尤其值得關(guān)注的是，與傳統(tǒng)的NP填充彈性體復(fù)合體系相比，互穿型雙網(wǎng)絡(luò)體系的動態(tài)剪切力學(xué)性能表現(xiàn)出更低的Payne效應(yīng)，更高的儲能模量以及在較大

3、的應(yīng)變幅度下更低的能量損耗，這為設(shè)計制備新型高性能節(jié)能輪胎胎面膠提供了新思路。
　　(2)預(yù)拉伸型雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)彈性體的結(jié)構(gòu)及其力學(xué)性能的研究。通過分子動力學(xué)模擬，我們首先建立模型驗證了獨立網(wǎng)絡(luò)假設(shè)，并與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比，以確定模擬模型和方法的準(zhǔn)確性。利用經(jīng)過驗證的模型與方法，我們研究了網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)比對預(yù)拉伸型雙網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)均聚物拉伸力學(xué)性能的影響。我們發(fā)現(xiàn)預(yù)拉伸雙網(wǎng)絡(luò)提高了彈性體拉伸應(yīng)力和斷裂極限強度，并且表現(xiàn)出更低的永久變形量（殘余應(yīng)變

4、）和更低的動態(tài)滯后損失。同時，這種預(yù)拉伸雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也使材料表現(xiàn)出顯著的力學(xué)各向異性，通過對拉伸斷裂過程中斷鍵類型和數(shù)目的觀察統(tǒng)計發(fā)現(xiàn):在平行于預(yù)拉伸方向上，第一和第二交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在受到外力負(fù)載時同時發(fā)揮作用;而在垂直于預(yù)拉伸方向上，僅第二交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)承載外力作用。另外，具有預(yù)拉伸雙網(wǎng)絡(luò)的彈性體納米復(fù)合體系表現(xiàn)出與其均聚物體系類似的拉伸力學(xué)特性。通過對這種預(yù)拉伸型雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)彈性體的研究，我們提供了一個新穎的視角來調(diào)控彈性體及其納米復(fù)合材料的力學(xué)性