聚合物共混体系的多尺度模拟研究进展

随着高性能计算机的发展,采用多尺度数值模拟的方法,研究聚合物共混体系的微观相形态和介观相界面、相分离过程等,对聚合物功能化和高性能化具有重要指导意义。首先简要介绍现阶段应用于聚合物共混体系的模拟方法,比较了各种方法的应用尺度范围和适用体系,并阐述了如何实现从分子尺度到介观尺度的贯通模拟。详细讨论了以分子动力学和耗散粒子动力学为基础的多尺度模拟方法,在二元和三元的聚合物共混体系的相容性和相形态研究中的应用。最后对多尺度模拟聚合物共混体系的研究方向提出建议。     

溶解度参数预测共混物的相容性

用三维溶解度参数方法预测聚合物共混物的相容性。考虑了分子间色散、极性与氢键相互作用对均聚物 /均聚物、均聚物 /共聚物相容性的影响。对于共聚物 ,可以调节共聚组成来改变溶解度参数 ,使两个聚合物在三维空间的距离缩短 ,以提高共聚物与均聚物的相容性。通过计算值和实验结果的比较 ,揭示共混物相容性的趋向     

POE/PA共混物性能的分子动力学与介观动力学模拟

为了预测聚烯烃弹性体(POE)与不同聚酰胺(PA6、PA11和PA1010)的相容性及共混物的力学性能和介观形貌,采用分子动力学(MD)和介观动力学(MesoDyn)模拟方法对不同种类的POE/PA共混物进行了研究。结果表明,3种共混体系中PA11/POE共混物的拉伸模量、体积模量及剪切模量都较小,韧性比较好,力学性能和结合能最好;MesoDyn模拟结果表明,PA11与POE相容性最好。本模拟方法可以作为预测聚合物共混物性能的有利工具,也可以为高聚物配方设计提供理论参考。     

PA6/POE共混物的分子动力学与介观动力学模拟

为了预测聚己内酰胺(PA6)与聚烯烃热塑性弹性体(POE)的相容性及其共混物的玻璃化转变温度(Tg)、力学性能和结合能,采用分子动力学(MD)和介观动力学(MesoDyn)模拟方法对PA6/POE共混物进行了研究。结果表明:通过温度-比容曲线可以得到PA6/POE共混体系的Tg分别对应于PA6与POE的Tg,PA6/POE为不相容体系;Meso-Dyn模拟了共混物的介观形貌与动力学演变过程,通过比较混合物的有序度参数的大小判断混合物为不相容体系。本模拟方法可以作为预测聚合物共混物性能的有利工具,也可以为高聚物配方设计提供理论指导。     

杜仲胶/天然橡胶共混物的分子动力学模拟和耗散粒子动力学模拟

应用分子动力学(MD)和耗散粒子动力学(DPD)模拟方法对杜仲胶(TPI)、天然橡胶(NR)的相容性进行了研究。采用MD模拟方法,在COMPASS力场下,对纯物质在不同聚合度下的溶度参数、一系列共混比的TPI/NR共混物内聚能密度、Flory-Huggins作用参数进行了模拟计算,确定了纯物质单链的聚合度,经判断各比例共混物的相容性均较好;采用DPD模拟方法对TPI/NR共混体系的相结构进行了研究,从等密度图可以进一步判断共混体系的相容性;分析比较两种纯物质的径向分布函数,揭示了其相互作用的本质;经过分析比较静态力学性能,发现共混比为1/3的TPI/NR共混物性能最佳,其结论与实验结果一致。     

溶解度参数预测井混物的相容性

用三维溶解度方法预测聚合物共混物的相容性，考虑了分子同色散、极性与氢键相互作用对均聚物／均聚物、均聚物／共聚物相容性的影响。对于共聚物，可以调节共聚组成来改变溶解度参数，使两个聚合物在三维空间的距离缩矩，以提高共聚物与均聚物的相容性，通过计算值和实验结果的比较，提示共混物相容性的趋向。     

PP/PA11共混物相容性的介观动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了聚丙烯（PP）/尼龙11（PA11）共混物的相互作用参数,并将其转化为介观动力学MesoDyn模拟的输入参数。MesoDyn模拟研究了PP和PA11介观相分离行为,得到了共混物的介观形貌与动力学演变过程。结果表明,通过比较混合物的有序度参数的大小可以判断混合物的相容性,当PP/PA11为90...     

PET/PLA共混物相容性的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟方法在COMPASS力场下,研究了不同质量比(90/10、70/30、50/50、30/70和10/90)聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/聚乳酸(PLA)共混物的相容性。研究结果表明,不同比例下共混物的Flory-Huggins相互作用参数(χ)均小于χcritical,可以预测PET与PLA两者具有良好的的相容性。对不同比例的PET/PLA共混物中C-C原子对分子间径向分布函数的分析进一步证明PET/PLA共混物是相容的。通过分析共混物中不同组分羰基上的O和羟基上的H原子对分子间径向分布函数发现,PET和PLA分子链间可以形成C=O…H-O氢键,有利于其共混物形成相容体系。     

改善生物医用高分子膜表面血液相容性的PC技术

为提供解决生物材料血液相容性的有效途径,介绍了起源于细胞膜模拟思想的磷酰胆碱(PC,phosphorylcholine)技术,以及用PC技术来改善生物医用高分子膜表面血液相容性的最新方法,包括属于物理方法的共混改性、表面涂层,属于化学方法的表面接枝、半贯穿聚合物网络.此外,还介绍了两种与PC技术并行的提高生物医用高分子膜血液相容性的方法.     

PVA－CS共混体系相容性的研究

利用ＤＳＣ等方法，研究了ＰＶＡ－ＣＳ二元共混体系的相容性。结果表明，ＰＶＡ与ＣＳ之间存在一定的相互作用，为部分相容体系。以Ｆｌｏｒｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓ的高分子溶液理论为基础，通过Ｗｏｏｄ或Ｆｏｘ方程，计算出不同共混比的ＰＶＡ－ＣＳ共混体系两相中二组分的表现质量分率，进而计算出体系的聚合物－聚合物Ｆｌｏｙ－Ｈｕｇｇｉｎｓ相互作用参数χ＿（１２）或ｇ＿（１２），对ＰＶＡ－ＣＳ共混体系的相容性进行了验证。     

聚丙烯酸酯与聚碳酸酯共混体系相容性及酯交换反应研究

利用示差扫描量热计和傅立叶变换红外光谱仪，研究了双酚Ａ型聚碳酸酯与一系列聚丙烯酸烷基酯的相容性及热处理过程中的酯交换反应，实验证明了ＰＣ与聚丙烯酸酯是不相容的。在高温状态下，共混体系中存在酯交换反应，可以导致该共混体系均相比。     

HTPB/增塑剂共混物的介观动力学模拟

高分子粘接剂与小分子增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)的相分离会严重影响端羟基聚丁二烯(HTPB)固体推进剂的使用性能.文中应用分子动力学(MD)和介现动力学(MesoDyn)模拟方法研究了不同增塑剂含量和温度对HTPB/DOS共混物的相容性和介现形貌的影响.结果表明,在室温时当增塑剂DOS的含量为6%时,HIPB和DOS的...     

聚合物共混体脆韧转变的损伤竞争理论Ⅱ．基体性能对脆韧转变的影响

根据前文［１］提出的聚合物共混体脆韧转变（ＢＤＴ）的损伤竞争准数（Ｄａ）判据，研究了基体性能对ＢＤＴ的影响，并将聚合物的本征脆韧转变尺寸与Ｖｉｎｃｅｎｔ的σｂ～σｙ图进行了关联。在主要考虑测试温度对基体屈服应力影响的条件下，根据Ｄａ判据研究了ＢＤＴ的温度效应，首次推导了临界脆韧转变温度与临界分散相含量、临界粒径和临界粒间距的关系，实验结果证实了理论的合理性     

纤维素/聚醚砜共混物激光烧结弹性性能的分子动力学模拟

为提高选择性激光烧结(SLS)木塑复合粉末的成形件的力学强度,设计出可用于该项技术木塑复合粉末的新配方,制备了纤维素/聚醚砜(PES)和纤维素/聚丙烯(PP) 2种木塑复合粉末。利用分子力学和分子动力学模拟方法对纤维素/PES和纤维素/PP共混物进行共混计算,求得了纤维素分别与PES、PP的结合能分布曲线。通过建立不同质量比的纤维素/PES共混物分子模型,计算其Flory-Huggins相互作用参数和静态弹性性能,得到了纤维素含量对共混物弹性性能的影响;为验证模拟结果进行了纤维素/PES和纤维素/PP共混物的激光烧结实验。结果表明:相比较纤维素/PP复合粉末,纤维素与PES相容性更好,适用于选择性激光烧结技术;当纤维素加入质量分数为20%~25%时,材料的相容性达到最佳状态;所构建的纤维素/PES共混物模型可用于预测成形材料的弹性性能。      

聚合物共混物增容技术及发展

不混溶共混物的增容是迄今为止将相容性较差的多相聚合物共混物转化为高性能合金的最通用和最有效的方法。本文主要简述了增容的概念和其必要性以及聚合物在通过共混改性时所采用的各种增容手段:添加嵌段和接枝共聚物;添加反应性聚合物;添加低分子量化合物;添加功能纳米粒子等,并综述了不同增容方法的发展现状及增容作用对共混物的相形貌和最终性能(力学性能、热性能、电学性能等)的影响,并最后提出纳米粒子增容将成为共混物增容领域的热门方法,这种方法不仅起能到增容作用,还可以增加机械强度并且有可能给共混物带来新的性能。     

光散射在研究剪切对聚合物共混体系相结构影响中的应用EI

在简要介绍光散射理论的基础上 。     

聚合物共混体脆韧转变的损伤竞争理论Ⅲ．分散相形态和界面粘接对脆韧转变的影响

应用前文提出的聚合物共混体脆韧转变（ＢＤＴ）的损伤竞争准数（Ｄａ）判据，研究了共混体分散相形态与界面粘接对ＢＤＴ的影响。由Ｄａ判据预示，在一定范围内，增加分散相含量，减小分散相粒径，减小粒子在基体中的聚集程度以及增大粒子的形状不规则性，皆有利于ＢＤＴ的发生。界面粘接强度的增加在一定范围内也能够使共混体的韧性增加。这些理论预示与实验结果相一致，从而表明Ｄａ判据能够反映分散相形态与界面粘接等多种因素对共混体损伤过程的影响规律，是聚合物共混体脆韧转变的控制参量。