高性能熱塑性復(fù)合材料組成結(jié)構(gòu)與界面的分子模擬.pdf

1、高性能熱塑性復(fù)合材料是國內(nèi)外復(fù)合材料領(lǐng)域研究的重點,但多集中于成型工藝和材料的宏觀性能。因此,本文采用分子模擬的方法對高性能熱塑性樹脂——聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、雜萘聯(lián)苯聚醚酮(PPEK)和雜萘聯(lián)苯聚醚砜(PPES)及其復(fù)合材料的組成結(jié)構(gòu)和界面進行了研究。首先在真空環(huán)境下建立了聚合度為12的PES、PPES、PEEK和PPEK的單鏈模型,采用退火的方法進行模擬優(yōu)化,退火溫度從298K到598K,退火后得到298K下的穩(wěn)定

2、構(gòu)象。從退火前后各單鏈中氧元素的徑向分布函數(shù),知道模擬中構(gòu)象不斷變化以使體系能量最低。通過對退火前后單鏈各項勢能變化的分析,發(fā)現(xiàn)能量值改變的最大貢獻項為靜電能,進一步比較分析了各單鏈退火后的鍵能內(nèi)部項變化,得出鍵角和二面角扭轉(zhuǎn)是構(gòu)象改變即使能量降低的主要影響因素。然后建立了三維周期性邊界條件下的含兩根分子鏈的PES、PPES、PEEK和PPEK的基體模型。退火模擬后,通過對優(yōu)化后四種基體模型的均方末端距分析,驗證了基體的分子鏈體積和剛性

3、越大,分子鏈的活動性就越小。同時模擬得到四種基體的內(nèi)聚能密度和溶解度參數(shù)。最后在建立未經(jīng)氧化處理和經(jīng)氧化處理(連接-OH基團)的碳纖維(CF)模型的基礎(chǔ)上,分別建立了CF/PES、CF/PEEK、CF/PPEK和CF/PPES復(fù)合材料的界面對比模型(稱界面模型1和界面模型2),并采用退火的方法進行模擬優(yōu)化。通過對CF/PPES和CF/PPEK退火后不同界面模型的基體均方末端距分析,得出未經(jīng)氧化處理的碳纖維層對基體的吸引力比經(jīng)過氧化處理的