交联环氧树脂的热—力学性质的分子动力学模拟

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本文以双酚A环氧树脂(DGEBA)与羟乙氧基双酚A环氧树脂(DGEBAEO-2)作为树脂基体,4,4-二氨基二苯砜(DDS)作固化剂,采用分子动力学(MD)模拟研究了两种树脂基体的不同配比和交联度等因素对交联环氧树脂结构与性能的影响,预测了不同树脂配比和不同交联度下的Tg和力学性能。利用分子动力学(MD)模拟自编了一种有效的交联算法,通过Perl脚本程序,模拟环氧树脂与胺类固化剂的动态交联反应及降温过程。将自编的脚本运用到环氧树脂DGBEA/DGEBAEO-2与固化剂DDS体系中,分析了体系交联度和性能随不同的树脂配比的变化,寻找到了DGBEA/DGEBAEO-2的最佳配比。结果表明体系的交联度和弹性模量均随着DGEBAEO-2成分的增加而先增加后降低,在DGEBAEO-2质量分数为50%时达到最大值;体系的玻璃化转变温度(Tg)随着DGEBAEO-2加入而降低;数据结果显示,体系中DGEBAEO-2的均方位移(MSD)值高于DGEBA,这说明柔性链段的加入增强了分子链段的运动能力。最后以最佳配比的DGEBA/DGEBAEO-2/DDS体系为研究对象,分析不同交联度下体系结构与性能的关系。结果表明,随着交联度增加,体系密度、Tg和弹性模量增大;随着交联度的增加体系的非键作用能、静电作用和范德华力增加,总能量、二面角扭转能和键角能减小;对不同交联体系的MSD与自由体积分析发现,随着交联度的增加,自由体积先增加后降低,分子链段的MSD值减小,交联过程形成的3D网络结构限制了分子链段的运动,降低了分子链段的运动能力。
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