交联环氧树脂热力学性能的分子模拟

为了更加真实、高效地模拟环氧树脂聚合物体系,通过分子动力学模拟的方法,研究了以双酚A二缩水甘油醚为环氧单体、间苯二胺为固化剂的环氧体系的动态交联过程. 采用一种能够建立高交联度环氧树脂网络结构的算法,并对比了不同交联过程中能量的变化情况. 通过记录退火过程中材料的温度-密度曲线,求得不同交联度下材料的玻璃转化温度Tg. 采用了非稳态拉伸的方法获得材料应力-应变曲线,并对弹性阶段进行线性拟合进而求得拉伸弹性模量. 模拟结果表明:在环氧树脂交联过程中,使用模拟退火方法能够比常规方法更快地达到更高的交联度,且分子结构更加松弛. 随着交联度的升高,环氧树脂玻璃转化温度提高,最高玻璃转化温度出现在交联度为80%的体系中,约为431 K;环氧树脂拉伸弹性模量不受拉伸速率影响,但较大拉伸速率能够提高材料的屈服点,交联能够有效增强环氧树脂的力学性能;在玻璃转化温度前,随着温度的升高,交联环氧树脂的热导率降低,计算的热力学性能参数与现有理论和实验数据较吻合.