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聚合物復(fù)合材料力學(xué)行為中微觀結(jié)構(gòu)變化的分子模擬研究*

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分子模擬模量形變曲線 Payne 效應(yīng) 聚合物殼層模型

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我們建立了一個(gè)大體系的聚合物納米顆粒復(fù)合材料模型，通過分子模擬計(jì)算，討論了聚合物復(fù)合材料力學(xué)行為及其微觀結(jié)構(gòu)的變化。我們通過Snapshot圖、模量形變曲線的計(jì)算、填料網(wǎng)絡(luò)中顆粒數(shù)目的變化以及聚合物殼層網(wǎng)絡(luò)數(shù)目的變化等，細(xì)致地探討了在拉伸和剪切過程中聚合物復(fù)合材料模量隨形變的變化，并對(duì)對(duì)這種類似于Payne效應(yīng)變化趨勢(shì)的行為進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)的分析。通過模量變化與微觀結(jié)構(gòu)的變化的比較分析，我們進(jìn)一步考察了“填料網(wǎng)絡(luò)模型”以及“聚合物殼層重疊模型”，并對(duì)Payne效應(yīng)做了解釋。當(dāng)納米顆粒初始分散很差時(shí)，Payne效應(yīng)主要起源于填料網(wǎng)絡(luò)模型的破壞；而當(dāng)顆粒的初始分散狀態(tài)很均勻時(shí)，由于體系已經(jīng)構(gòu)建不了填料網(wǎng)絡(luò)，所以納米顆粒之間是通過顆粒周圍的聚合物殼層來連接的，Payne效應(yīng)則來自該種重疊結(jié)構(gòu)的破壞。聚合物殼層中聚合物分子鏈被束縛，所以該區(qū)域的模量也較大。總之，通過分子模擬對(duì)聚合物復(fù)合體系力學(xué)行為的研究，相信可以給微觀機(jī)理的理論研究和聚合物納米復(fù)合材料的設(shè)計(jì)和制備提供幫助。

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2013-11-12 15:03:19

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