分子模擬法對(duì)石墨烯-丁苯橡膠復(fù)合材料以及環(huán)烯烴聚合物結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、丁苯橡膠(SBR)是目前應(yīng)用最廣泛的合成橡膠之一，作為胎面膠具有高抗?jié)窕院偷蜐L動(dòng)阻力等綜合優(yōu)勢(shì)，是較佳的綠色輪胎胎面材料。橡膠材料由于其強(qiáng)度低以及從加工性能等考慮，需加入填料進(jìn)行改善。本課題重點(diǎn)關(guān)注橡膠的納米增強(qiáng)技術(shù)，對(duì)石墨烯填充的橡膠復(fù)合材料進(jìn)行了研究。石墨烯由于其高比表面積特性極易發(fā)生團(tuán)聚，與橡膠的復(fù)合的性能很大程度上與石墨烯和橡膠基體之間的界面結(jié)合狀態(tài)密切相關(guān)。為改善石墨烯易團(tuán)聚的缺陷，本研究對(duì)石墨烯表面進(jìn)行了化學(xué)官能團(tuán)接枝，利

2、用計(jì)算機(jī)模擬法并結(jié)合實(shí)驗(yàn)，一方面針對(duì)石墨烯上接枝特殊的化學(xué)官能團(tuán)后和SBR之間的界面微觀結(jié)構(gòu)與結(jié)合特性的影響機(jī)理進(jìn)行了研究，另一方面研究了丁苯橡膠的分子鏈結(jié)構(gòu)、極性以及苯乙烯含量等結(jié)構(gòu)變化對(duì)石墨烯/SBR復(fù)合體系的分子運(yùn)動(dòng)行為影響。為研究橡膠的納米增強(qiáng)機(jī)理和制備高性能橡膠復(fù)合材料提供了一種新的嘗試。
　　在理論方面，利用分子模擬技術(shù)，分別對(duì)石墨烯表面接枝-NH2、-COOH等化學(xué)官能團(tuán)化學(xué)改性后石墨烯/SBR復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫

3、度變化規(guī)律進(jìn)行了計(jì)算，分析分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬結(jié)果可得到比容-溫度曲線，由此確定體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），發(fā)現(xiàn)隨溫度的升高，復(fù)合材料的內(nèi)聚能密度(CED)、自由體積分?jǐn)?shù)(FFV)、均對(duì)位移(MSD)和分子鏈擴(kuò)散系數(shù)(D)等均呈增大趨勢(shì)但在玻璃化溫度（Tg）處有明顯轉(zhuǎn)折變化，結(jié)果表明采用石墨烯補(bǔ)強(qiáng)橡膠時(shí)，對(duì)石墨烯表面進(jìn)行化學(xué)改性是改善橡膠基體與石墨烯界面結(jié)合性能的有效方法。而基體的SBR，同樣采用分子動(dòng)力學(xué)方法，構(gòu)建不同分子鏈結(jié)構(gòu)的

4、SBR鏈并與石墨烯復(fù)合構(gòu)建全原子模型，對(duì)其均方位移、擴(kuò)散系數(shù)和均方回轉(zhuǎn)半徑等模擬參數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明SBR分子鏈的苯乙烯含量、支化結(jié)構(gòu)、接枝改性等均會(huì)影響聚合物鏈的活動(dòng)性，從而影響石墨烯/SBR復(fù)合材料的性能。
　　近年來，環(huán)烯烴開環(huán)易位聚合(ROMP)備受聚合物各行業(yè)的關(guān)注，ROMP法所制得的產(chǎn)品在進(jìn)行加氫反應(yīng)后具備高透明性、耐化學(xué)性、阻隔性能好等綜合優(yōu)良性能，是一種用來生產(chǎn)防碎瓶蓋、注射器、LED等的熱塑性工程塑料。本研究對(duì)