碳纳米管/聚乙烯复合材料界面行为机制研究

发布时间：2023-10-14 08:03

　　作为纳米填充材料,碳纳米管以其优异的物理力学性能被广泛应用于高分子复合材料领域。对于结晶性高分子材料,结晶相与非晶相共存的凝聚态结构广泛应用于高分子制品中。通过研究碳纳米管／高分子复合材料的结晶行为,从而实现对高分子微晶结构的调控,对聚合物纳米复合材料的设计具有重要意义。本文针对碳纳米管／聚乙烯复合材料的结晶行为、微晶形貌以及界面相与界面力学性能的关系进行了分子动力学模拟。基于IBI (Iterative Boltzmann Inversion)粗粒化方法,构建了聚乙烯的粗粒化模型。利用粗粒度分子动力学模拟分析了聚乙烯结晶过程中分子构型的微观演变机制,即部分随机缠绕的分子链通过折叠、排列、堆砌等形式形成折叠链片晶。运用分子动力学方法模拟了含量为3%的碳纳米管对聚乙烯结晶行为的影响。结果表明：碳纳米管能够明显提高聚乙烯的结晶温度、玻璃化温度和结晶度,而且碳纳米管对半结晶聚合物存在明显的局部强化作用,能够诱导其表面分子链取向并形成界面微晶结构。界面微晶形貌受直径的影响较大,当碳纳米管直径较大时,聚乙烯分子严格遵循晶格匹配效应,这时会在碳纳米管表面形成多个取向,分子链以螺旋形构象包裹在碳纳米...

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 聚合物粗粒化多尺度模拟
    1.3 碳纳米管/聚合物复合材料结晶研究进展
        1.3.1 聚合物结晶分子模拟研究进展
        1.3.2 碳纳米管对聚合物结晶行为影响研究进展
        1.3.3 碳纳米管对聚合物复结晶形貌影响研究进展
    1.4 碳纳米管/聚合物复合材料界面性能研究进展
    1.5 本文主要研究内容
2 理论基础与计算方法
    2.1 分子动力学基本理论
        2.1.1 牛顿运动方程
        2.1.2 动方程的数值解法
        2.1.3 经验力场方法：分子力场
        2.1.4 周期性边界条件
        2.1.5 系综的选择与控制
    2.2 单链聚乙烯粗粒化力场构建
        2.2.1 全原子力场模拟
        2.2.2 粗粒度模型
3 聚乙烯结晶分子动力学模拟
    3.1 聚乙烯粗粒度模型
    3.2 分子动力学模拟过程
    3.3 结晶行为分析
        3.3.1 玻璃化温度、结晶度的确定
        3.3.2 聚乙烯半结晶结构
4 碳纳米管/聚乙烯结晶分子动力学模拟
    4.1 碳纳米管/聚乙烯粗粒度模型
    4.2 碳纳米管对聚乙烯结晶行为的影响
    4.3 碳纳米管/聚乙烯复合材料的界面结晶行为
        4.3.1 碳纳米管聚乙烯界面层的密度分布
        4.3.2 碳纳米管/聚乙烯界面层取向分布
        4.3.3 碳纳米管手性和直径对聚乙烯界面层分子取向影响
        4.3.4 碳纳米管表面聚乙烯吸附层取向机制
5 碳纳米管/半结晶聚乙烯复合材料的界面力学性能分析
    5.1 碳纳米管拔出分子动力学模拟
        5.1.1 分子动力学拔出模型
        5.1.2 拔出曲线
        5.1.3 碳纳米管嵌入基体长度对拔出行为的影响
    5.2 界面结晶对复合材料界面强度的影响
        5.2.1 界面分子链取向度对界面强度的影响
        5.2.2 界面微晶形貌对界面强度的影响
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3853921