環(huán)氧分子在碳纖維表面相互作用的分子模擬研究.pdf

1、界面是連接增強(qiáng)纖維和基體的極其重要的微觀結(jié)構(gòu)，對(duì)復(fù)合材料的物理機(jī)械性能有著至關(guān)重要的影響。為了研究聚合物基復(fù)合材料界面的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其物理機(jī)械性能的影響，本文采用分子模擬方法，設(shè)計(jì)了碳纖維/環(huán)氧分子復(fù)合層的界面結(jié)構(gòu)，對(duì)界面相互作用能進(jìn)行了細(xì)致地分析和研究，并改進(jìn)了界面剪切模型，對(duì)界面剪切行為進(jìn)行了進(jìn)一步探索。
　　首先使用MaterialsStudio軟件以石墨層為基礎(chǔ)從分子水平設(shè)計(jì)碳纖維表面結(jié)構(gòu)，建立了具有不同羥基或氨基接枝率的碳

2、纖維表面，并建立了碳纖維與環(huán)氧分子界面模型。
　　通過(guò)模擬環(huán)氧分子在碳纖維表面吸附過(guò)程中的能量變化，分析界面相互作用能的組成。計(jì)算結(jié)果顯示：復(fù)合材料體系界面相互作用能主要由環(huán)氧分子-纖維表面碳原子間的相互作用和環(huán)氧分子-纖維表面接枝官能團(tuán)間的相互作用兩方面構(gòu)成，二者共同決定相互作用能的大小。兩項(xiàng)能量分量隨官能團(tuán)接枝率的變化趨勢(shì)相反，界面相互作用能并不隨著官能團(tuán)接枝率的增加而持續(xù)升高，界面相互作用能最低時(shí)的接枝率為纖維表面最佳官能團(tuán)

3、接枝率。
　　通過(guò)界面相互作用能的比較與分析，得出表面接枝官能團(tuán)能夠提高界面強(qiáng)度，對(duì)于不同的官能團(tuán)，存在不同的最佳接枝率。官能團(tuán)種類和官能團(tuán)的碳鏈長(zhǎng)度對(duì)界面相互作用能均有影響。
　　對(duì)復(fù)合材料界面模型進(jìn)行剪切模擬，討論了纖維表面官能團(tuán)接枝率對(duì)界面剪切強(qiáng)度的影響。在非周期性邊界條件下的非動(dòng)力學(xué)剪切模擬結(jié)果表明：氨基接枝率為1.300個(gè)/nm2和2.600個(gè)/nm2時(shí)界面剪切能量最高；在周期性邊界條件下的亞動(dòng)力學(xué)剪切模擬結(jié)果表明