模拟预测交联聚合物的性质

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模拟预测交联聚合物的性质

高性能聚合物复合材料由于在轻质化和节能方面的优势，已在众多应用中变得越来越重要。热固性聚合物是此类复合材料的选择基质，因为与热塑性聚合物相比，它们具有更高的刚度、强度，抗蠕变性和耐热性。这些理想的特性源于这些聚合物的三维（3D）交联结构。由于它们的特性，这些材料在汽车，航空，风能，建筑、石油和天然气领域具有广泛的吸引力。

解决的问题 – 挑战

键合的三维网络结构，即交联，使热固性材料比热塑性材料更坚固。热固性聚合物的力学和物理性能取决于其化学性质，组成和固化条件。交联聚合物的例子包括：聚酯玻璃纤维，用作涂料的聚氨酯，粘合剂，硫化橡胶，环氧树脂等等。我们提出了一种虚拟实验的方法，描述交联过程。基于此，我们研究了热固性聚合物环氧树脂EPON-862和固化剂DETDA的交联过程如何影响力学性能。

解决方案

基于MAPS-Amorphous Builder建立DETDA和EPON数量比为1：2的无定形模型。建立交联结构模型的出发点是三种不同构型，然后通过多步骤结构优化流程完成交联结构建模工作。弛豫新形成的键之后，以1 atm / ps应力速率进行拉伸实验。对假设的理想线性系统和80％交联的DETDA-EPON树脂进行了仿真。通过分析所得的应力-应变曲线获得杨氏模量。

结果

设计出一种模仿聚合物材料的交联过程的方法。它已成功应用于DETDA-EPON环氧体系。基于此，已计算出热固性塑料的弹性性能，以研究交联对性能的影响。得到与实验结果吻合令人满意的结果。交联体系的杨氏模量显示出比理想线性体系的模量高两倍以上。所开发的仿真方法可以应用于生成3D交联系统，非常适合用于工作流中,以系统地研究组成和交联如何影响其他相关属性。