分子动力学模拟研究聚乳酸/聚酰胺11共混物的相容性

采用分子动力学(MD)模拟方法在COMPASS力场下,研究了不同质量比(10/90,30/70,50/50,70/30和90/10)聚乳酸(PLA)/聚酰胺11(PA11)共混物的相容性.研究结果表明:不同比例下PLA/PA11共混物的Gibbs自由能变化均大于零,其共混物很难形成均相体系;共混体系结合能的计算以及不同组分分子间C—C原子对径向分布函数的分析揭示了PLA和PA11的相互作用主要源自其分子间的范德华力;此外,模拟得到的所有比例下共混物的Flory-Huggins相互作用参数(χ)均大于临界Flory-Huggins相互作用参数(χcritical),进一步证明PLA与PA11不能形成相容体系。     

磁场辅助静电纺有序聚丙烯腈纳米纤维的研究

磁场辅助静电纺丝方法能够制备有序纳米纤维,但是其参数之间的匹配关系很少被研究。本文通过正交实验,对影响磁场辅助静电纺丝制备聚丙烯腈纳米纤维的四个工艺参数(溶液浓度、磁铁间距、纺丝电压和注射速度)在3个水平上进行优化筛选。以纤维直径大小、均匀度和纤维有序度为考察目标,同时考虑溶液浓度、磁铁间距与纺丝电压这三个因素之间的两两交互作用,结合极差分析、方差分析,发现溶液浓度是影响纤维直径和均匀度的高度显著因素,溶液浓度和纺丝电压的交互作用对直径均匀度有显著影响,纺丝电压是影响纤维有序度的显著因素。     

HTPB与A1不同晶面结合能和力学性能的分子动力学模拟

采用分子力学（MM）和分子动力学（MD）方法,在250、300、350、400、450K,对固体推进剂端羟基聚丁二烯（HTPB）和铝晶胞不同晶面结构所组成的层模型在COMPASS力场下,进行模拟计算,求得结合能和静态力学性能（弹性系数、模量和泊松比）．模拟结果表明,在400K时HTPB与A1（011）面的结合能最大,从综合力学性能优劣上看,各个面从优到劣的排序为（011）〉（221）〉（001）,HTPB与A1的结合能与力学性能具有对应关系,结合能大的力学性能优异,结合能小的力学性能较差．     

石墨烯/聚乙烯界面导热性能的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学模拟(NEMD)方法研究了石墨烯/聚乙烯纳米复合材料的界面导热性能,主要考察了石墨烯层数、尺寸对界面热阻的影响.研究结果表明:当石墨烯层数为一层时,界面热导为46.79 MW/(m~2K),随着石墨烯层数的增加,界面热导下降;但石墨烯层数超过四层后,界面热导趋于恒定接近39.00 MW/(m~2K);随着石墨烯尺寸的增大,石墨烯中较长波长声子被引发并对界面热传导起到主要的作用,最终导致界面热导逐渐增大.     

端羟基聚丁二烯/增塑剂共混物相容性的分子动力学模拟

固体推进剂和炸药的力学性能在很大程度上依赖于配方中高分子粘结剂与增塑剂的相容性. 本文对相容和非相容两种体系进行了分子动力学(MD)模拟, 以考察分子模拟方法的实用性. 为预测固体推进剂中端羟基聚丁二烯(HTPB)与增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)、硝化甘油(NG)的相容性, 采用MD模拟方法在COMPASS力场下, 对HTPB、DOS、NG和共混物HTPB/DOS、HTPB/NG的密度、内聚能密度及溶度参数等进行了模拟计算. 通过比较溶度参数差值(△δ)的大小、分子间径向分布函数和模拟前后体系密度变化情况均可以预测HTPB/DOS属于相容体系,而HTPB/NG属于不相容体系, 与实验结果一致. 径向分布函数分析同时揭示了HTPB/增塑剂组分之间的相互作用及本质. 本文的模拟方法可以作为预测聚合物与增塑剂相容性的有利工具, 也可以为固体推进剂和炸药的配方设计提供理论指导.     

不同构型聚丙烯的玻璃化转变温度的分子模拟

应用分子力学和分子动力学的方法对3种不同构型聚丙烯高分子的玻璃化转变温度进行了模拟.用NPT(等温等压)分子动力学模拟获得聚丙烯(PP)在不同温度下的特征体积,通过对模拟得到的V-T做图,求得玻璃化转变温度,其结果与实验值吻合较好.并分析了聚丙烯主链柔顺性和立构规整度对高分子玻璃化转变的影响.     

拉伸对聚乙烯分子链导热性能影响的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学(NEMD)方法模拟了沿主链方向被拉伸的PE分子链的热输运过程,研究了链长(L)和拉伸应变(ε)对其导热性能的影响,通过分析振动态密度(VDOS)与导热率的关系,进一步探讨了高分子链中热输运过程的微观机理.结果表明,随着L和ε的增大,PE分子链的导热率逐渐增大,且增加趋势逐渐变缓;VDOS图谱的高频峰反映原子的拉伸、弯曲振动等,其随ε的增大而减弱;低频峰与体系的热扩散有关,其随ε的增大先增强后减弱.     

PA6/PPS共混物介观形貌的DPD模拟

应用耗散粒子动力学(DPD)模拟方法研究了PA6/PPS共混物的介观形貌及动力学演变过程.详细分析了不同比例下PA6/PPS共混物的介观形貌、密度、扩散系数以及界面张力等变化情况,同时还考察了不同剪切速率对体系介观形貌的影响.结果表明,PA6/PPS共混物中随PA6含量的增加,PA6的介观形貌依次出现球状、柱状、层状以及连续相等结构,PA6的扩散系数大于PPS,说明PA6的加入可以改善共混物的加工流动性,这与文献报道的实验结果相一致.同时剪切速率的大小对PA6/PPS体系形貌有着重要影响.     

HTPB/增塑剂玻璃化转变温度及力学性能的分子动力学模拟

为了预测高分子粘结剂端羟基聚丁二烯(HTPB)与增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)、硝化甘油(NG)的相容性及HTPB/增塑剂共混物的玻璃化转变温度(Tg)和力学性能,在COMPASS力场条件下采用分子动力学(MD)模拟方法对相容体系(HTPB-DOS)和不相容体系(HTPB-NG)进行了研究.结果表明,通过比较溶度参数差值(Δδ)的大小可以预测HTPB与增塑剂的相容性,即HTPB与DOS属于相容体系,而HTPB与NG不相容.通过温度-比容曲线可以得到HTPB、HTPB/DOS与HTPB/NG的Tg分别为197.54,176.30和200.03K.力学性能分析结果表明,添加DOS增塑剂后使HTPB的弹性模量(E),体积模量(K)和剪切模量(G)下降,材料刚性减弱,柔性增强,力学性能得到改善.本模拟方法可以作为预测聚合物/增塑剂共混物性能的有利工具,也可以为固体推进剂和高聚物粘结炸药的配方设计提供理论指导.     

端羟基聚丁二烯/增塑剂共混物相容性的分子动力学模拟和介观模拟

应用分子动力学(MD)和介观动力学(MesoDyn)模拟方法对固体推进剂中端羟基聚丁二烯(HTPB)与增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)、硝化甘油(NG)的相容性进行了研究. 采用MD模拟方法在COMPASS力场下, 对纯物质、HTPB/增塑剂共混物的密度、内聚能密度、溶度参数和共混物分子间的Flory-Huggins作用参数及结合能等进行了模拟计算, 通过比较溶度参数差值(Δδ)的大小、模拟前后体系密度变化情况均可以预测HTPB与增塑剂的相容性, 结合能的分析揭示了HTPB/增塑剂共混物组分间的相互作用及本质. 将Flory-Huggins作用参数转化为MesoDyn模拟的输入参数, 采用MesoDyn模拟方法对HTPB/增塑剂共混体系的介观形貌与动力学演变过程进行了研究, 通过模拟得到的等密度图、自由能密度和有序度参数等可以判断共混体系的相容性. MD和MesoDyn模拟结果均表明: HTPB/DOS属于相容体系, 而HTPB/NG属于不相容体系, 其结论与实验结果一致.