中性高分子键合剂在含能增塑剂/粘合剂预聚物中相分离的介观模拟
发布时间：2021-01-01 15:02
中性高分子键合剂（NPBA）分子设计一般采用半经验、半定量的方法。为了探索更为高效的途径,根据美国专利USP 4915755所描述的NPBA应用实例,运用分子模拟软件Materials Studio软件中的MesoDyn模块,进行了3种NPBA在各种混合含能增塑剂/粘合剂预聚物中相分离的介观模拟计算。从所得NPBA/含能增塑剂/预聚物体系的有序度曲线可见,303 K（30℃）时NPBA的有序度比333 K（60℃）时的有序度大,说明低温下NPBA在含能增塑剂/预聚物中的相分离程度比高温时大,符合这些NPBA的设计初衷。此外,提高NPBA的相对分子质量、降低料浆加工温度、增大NPBA的用量均可加剧NPBA在含能增塑剂/预聚物中的相分离程度。这些计算结果可用高分子溶液的相关理论进行解释,证实介观模拟方法可以较为直观的方式检验NPBA分子设计的效果。
【文章来源】：含能材料. 2016年05期 北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
PAN和BDNPF的三维周期箱
中性高分子键合剂在含能增塑剂/粘合剂预聚物中相分离的介观模拟其势能和温度波动较小，说明体系达到了平衡。分析相对应的轨迹文件，采集各个体系的溶度参数δ和密度ρ，由聚合物结构单元或增塑剂的相对分子质量Mm，可以算出其摩尔体积Vm。分子动力学模拟计算的结果见表1，其中还包括文献报道的溶度参数和密度数据。a．potentialenergyvssimulationtimeb．temperaturevssimulationtime图2微观体系的能量-时间曲线和温度-时间曲线Fig．2Profilesofenergy-simulationtimeandtemperature-simulationtimeformicro-scalesystem表1分子动力学模拟计算结果Table1Ｒesultsofmoleculardynamicssimulationcomponentδ/(J·cm－3)0．5literaturesimulationρ/g·cm－3literaturesimulationMm/g·mol－1Vm/cm3·mol－1polyAN25．60-31．50［12］28．501．18［10］1．0755．0851．48polyMA20．45-24．55［3］21．501．22［13］1．1288．1178．67polyHEA29．62［14］26．691．11［13］1．19118．1399．27BDNPF24．95［3］22．591．42［11］1．43312．19218．31BDNPA24．95［3］21．351．38［11］1．40326．22233．01TMETN22．50［3］23．601．47［15］1．46255．14174．75NG23．93［3］23．091．59［16］1．61227．09141．05BTTN23．32［3］22．861．52［16］1．53241．11157．59polyBAMO－21．331．30［17］1．21170．18140．64polyNMMO－20．101．67［18］1．36149．15109．67PEG19．17［14］19．641．13［13］1．1346．0740．77Note:δ，solubilityparameter;ρ，density;Mm，molecularmassofrepeatunitorplasticize
AMO/NMMOspeciesANMAHEABDNPFBDNPATMETNBAMONMMOAN03．1890．2474．7127．2722．7164．9385．685MA3．18902．3960．1760．0040．5590．0030．185HEA0．2472．39602．6694．7381．3083．4464．537BDNPF4．7120．1762．66900．3470．2000．2851．017BDNPA7．2720．0044．7380．34701．0320．0000．268TMETN2．7160．5591．3080．2001．03200．8131．742BAMO4．9380．0033．4460．2850．0000．81300．189NMMO5．6850．1854．5371．0170．2681．7420．1890a．full-atomisticmodelb．coarsegrainsofGaussianchainmodel图3全原子模型向粗粒化高斯链模型的转变Fig．3Full-atomisticmodeltocoarsegrainedGaussianchainmodel以文献［3］中的NPBA/TMETN/BDNPF_A/BAMO/NMMO体系为例，NPBA的相对分子质量为50000，其中AN、HEA、MA的摩尔比为1∶0．3∶0．2，而其结构单元的相对分子质量分别为53、116、86，由此可以推断出三者在NPBA中的聚合度Nmon分别为490、98、147。而高斯链段的长度αb与全原子模型重复单元长度αmon之间有如下的关系式［19］αb=αmonC∞(3)式中，C∞为全原子高分子链的特征比，可用于描述高分子链的构象，其定义为［20］C∞=limn→∞〈r2〉0∑nil2i(4)式中，〈r2〉0为无扰线性分子链在溶液中的均方末端距，n为分子链骨架上沿最短路径的共价键数量，ni为i类键的数量，li为i类键的长度。现以丙烯腈AN的链段为例，说明通过MaterialsStudio软件包的Synthia模块获取αmon和C∞的具体过程。搭建AN的全原子模型，指定结构单元的头原子和尾原子(即聚合反应时应消去的原子)，青色圈包围的为头氢原子，粉色圈包围的为尾氢原子，白色的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]BDNPF/A含能增塑剂在炸药中的应用[J]. 朱天兵,刘长波,张寿忠,尚丙坤,周集义. 化学推进剂与高分子材料. 2013(04)
[2]HTPB/增塑剂共混物的介观动力学模拟[J]. 赵树森,付一政,梁晓艳,廖黎琼,姚巍,宁淑丽,赵贵哲,刘亚青. 高分子材料科学与工程. 2011(05)
[3]BDNPF/A增塑剂的性能及其应用[J]. 刘长波,朱天兵,马英华,冯晓晶,宋世平. 化学推进剂与高分子材料. 2010(01)
[4]含能粘合剂研究的新进展[J]. 徐武,王煊军,刘祥萱,李正莉. 火箭推进. 2007(02)
[5]NEPE推进剂[J]. 周集义. 化学推进剂与高分子材料. 1999(05)
[6]国外双叠氮甲基氧杂环丁烷的应用研究[J]. 沙恒. 固体火箭技术. 1998(01)
[7]中性聚合物键合剂的分子设计和合成[J]. 王北海. 推进技术. 1995(04)
本文编号：2951503
【文章来源】：含能材料. 2016年05期 北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
PAN和BDNPF的三维周期箱
中性高分子键合剂在含能增塑剂/粘合剂预聚物中相分离的介观模拟其势能和温度波动较小，说明体系达到了平衡。分析相对应的轨迹文件，采集各个体系的溶度参数δ和密度ρ，由聚合物结构单元或增塑剂的相对分子质量Mm，可以算出其摩尔体积Vm。分子动力学模拟计算的结果见表1，其中还包括文献报道的溶度参数和密度数据。a．potentialenergyvssimulationtimeb．temperaturevssimulationtime图2微观体系的能量-时间曲线和温度-时间曲线Fig．2Profilesofenergy-simulationtimeandtemperature-simulationtimeformicro-scalesystem表1分子动力学模拟计算结果Table1Ｒesultsofmoleculardynamicssimulationcomponentδ/(J·cm－3)0．5literaturesimulationρ/g·cm－3literaturesimulationMm/g·mol－1Vm/cm3·mol－1polyAN25．60-31．50［12］28．501．18［10］1．0755．0851．48polyMA20．45-24．55［3］21．501．22［13］1．1288．1178．67polyHEA29．62［14］26．691．11［13］1．19118．1399．27BDNPF24．95［3］22．591．42［11］1．43312．19218．31BDNPA24．95［3］21．351．38［11］1．40326．22233．01TMETN22．50［3］23．601．47［15］1．46255．14174．75NG23．93［3］23．091．59［16］1．61227．09141．05BTTN23．32［3］22．861．52［16］1．53241．11157．59polyBAMO－21．331．30［17］1．21170．18140．64polyNMMO－20．101．67［18］1．36149．15109．67PEG19．17［14］19．641．13［13］1．1346．0740．77Note:δ，solubilityparameter;ρ，density;Mm，molecularmassofrepeatunitorplasticize
AMO/NMMOspeciesANMAHEABDNPFBDNPATMETNBAMONMMOAN03．1890．2474．7127．2722．7164．9385．685MA3．18902．3960．1760．0040．5590．0030．185HEA0．2472．39602．6694．7381．3083．4464．537BDNPF4．7120．1762．66900．3470．2000．2851．017BDNPA7．2720．0044．7380．34701．0320．0000．268TMETN2．7160．5591．3080．2001．03200．8131．742BAMO4．9380．0033．4460．2850．0000．81300．189NMMO5．6850．1854．5371．0170．2681．7420．1890a．full-atomisticmodelb．coarsegrainsofGaussianchainmodel图3全原子模型向粗粒化高斯链模型的转变Fig．3Full-atomisticmodeltocoarsegrainedGaussianchainmodel以文献［3］中的NPBA/TMETN/BDNPF_A/BAMO/NMMO体系为例，NPBA的相对分子质量为50000，其中AN、HEA、MA的摩尔比为1∶0．3∶0．2，而其结构单元的相对分子质量分别为53、116、86，由此可以推断出三者在NPBA中的聚合度Nmon分别为490、98、147。而高斯链段的长度αb与全原子模型重复单元长度αmon之间有如下的关系式［19］αb=αmonC∞(3)式中，C∞为全原子高分子链的特征比，可用于描述高分子链的构象，其定义为［20］C∞=limn→∞〈r2〉0∑nil2i(4)式中，〈r2〉0为无扰线性分子链在溶液中的均方末端距，n为分子链骨架上沿最短路径的共价键数量，ni为i类键的数量，li为i类键的长度。现以丙烯腈AN的链段为例，说明通过MaterialsStudio软件包的Synthia模块获取αmon和C∞的具体过程。搭建AN的全原子模型，指定结构单元的头原子和尾原子(即聚合反应时应消去的原子)，青色圈包围的为头氢原子，粉色圈包围的为尾氢原子，白色的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]BDNPF/A含能增塑剂在炸药中的应用[J]. 朱天兵,刘长波,张寿忠,尚丙坤,周集义. 化学推进剂与高分子材料. 2013(04)
[2]HTPB/增塑剂共混物的介观动力学模拟[J]. 赵树森,付一政,梁晓艳,廖黎琼,姚巍,宁淑丽,赵贵哲,刘亚青. 高分子材料科学与工程. 2011(05)
[3]BDNPF/A增塑剂的性能及其应用[J]. 刘长波,朱天兵,马英华,冯晓晶,宋世平. 化学推进剂与高分子材料. 2010(01)
[4]含能粘合剂研究的新进展[J]. 徐武,王煊军,刘祥萱,李正莉. 火箭推进. 2007(02)
[5]NEPE推进剂[J]. 周集义. 化学推进剂与高分子材料. 1999(05)
[6]国外双叠氮甲基氧杂环丁烷的应用研究[J]. 沙恒. 固体火箭技术. 1998(01)
[7]中性聚合物键合剂的分子设计和合成[J]. 王北海. 推进技术. 1995(04)
本文编号：2951503
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