SU-8胶长细比效应的分子动力学模拟

运用分子动力学(MD)的研究方法,经过分子聚合、能量最优化和退火模拟等构建了不同长细比的SU-8光刻胶模型,模拟研究了在室温条件下不同长细比的SU-8胶纳米尺寸模型的弹性模量、泊松比、剪切模量等力学性能参数。结果表明,在室温下,随着SU-8胶模型长细比的增加,材料的杨氏模量和剪切模量逐渐增大,这一现象与微尺度SU-8胶模型的实验结果一致,表明有效长细比是微尺度下表征材料力学性能和尺寸效应的一个重要参数。     

SU-8光刻胶与Ni基底结合性的分子模拟

运用分子动力学模拟软件Materials Studio针对SU-8胶与Ni基底的结合性进行模拟分析,计算了不同前烘温度下SU-8胶与Ni(100)面的结合能,发现在343K的前烘温度下,光刻胶与基底的界面结合能达到最大,说明此时界面结合最好。通过对SU-8胶与Ni基底的相互作用能分析,发现影响结合能的主要因素是两种分子之间的范德华力,其中色散力起主要作用,其值是排斥力的近两倍。     

叠层法制备环氧树脂梯度交联聚合物及其性能

以α,ω-对苯甲胺基聚乙二醇、聚醚胺D400和双酚A环氧树脂(DGEBA)为原料,通过叠层法制备了玻璃化转变温度范围最大可达80℃且峰值半高宽为47.26℃的梯度聚合物材料。通过扫描电镜、拉力试验机和高级扩展流变仪研究了固化剂组分对制备的梯度交联聚合物材料结构、力学性能和阻尼性能的影响规律。结果表明,通过调整单层聚合物的交联密度即可得到适用于不同使用温度范围的宽玻璃化转变温度且力学性能优异的无微相分离结构的梯度交联聚合物材料。梯度交联聚合物tanδ>0.3的有效阻尼温域为41.54℃,且处于室温工作温度范围内。     

TGDDM/DDS交联环氧树脂的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟方法研究了环氧树脂4,4’-二氨基二苯甲烷四缩水甘油醚(TGDDM)与固化剂4,4’-二氨基二苯砜(DDS)交联过程中结构与能量的变化情况,预测了交联环氧树脂的玻璃化转变温度(Tg)、体积热膨胀系数和力学性能。研究结果表明,交联反应使得TGDDM/DDS体系密度增大,结构堆积更加紧密,范德华力和静电作用力增大,总能量减小,反应过程放热,通过温度-比体积曲线得到了交联体系的Tg约为527.9K,与实验值538.9K较为吻合,交联显著增强了材料的力学性能,而高温环境会引起树脂力学性能的下降,通过径向分布函数g(r)揭示了温度对交联环氧树脂结构的影响规律。     

聚氯乙烯/蒙脱土纳米复合材料的开发及研究

利用DSC的方法研究了纳米复合材料的玻璃化转变温度 ,测试了复合材料的力学性能 ,研究发现复合材料的力学性能与其玻璃化转变温度成线性关系 ,并随玻璃化转变温度的降低其力学性能提高。对复合材料进行热处理后 ,发现有机蒙脱土对聚氯乙烯的热降解引起的力学性能下降具有一定的抑制作用。     

超厚SU-8负胶高深宽比结构及工艺研究

采用新型SU-8光刻胶在UV-LIGA技术基础上制备了各种高深宽比MEMS微结构,研究了热处理和曝光两个重要因素对高深宽比微结构的影响,解决了微结构的开裂和倒塌等问题;优化了SU-8胶工艺,从而获得了最大深宽比为27：1的微结构。     

交联键类型对未填充NR硫化胶动态力学性能的影响

分别用平衡溶胀法、平衡弹性模量E′和应力-应变方法对3种硫化体系的NR硫化胶的交联密度进行了测定和估算，同时借助化学探测剂方法测定了3种硫化胶中各种交联键型浓度分布，并研究了交联键类型对硫化胶动态力学性能的影响。结果表明，用平衡弹性模量E′估算的交联密度值最高，用平衡溶胀方法的估算值最低，3种NR硫化胶具有相似的交联密度，但交联键型密度不同，多硫键含量最多的CV硫化体系具有稍低的玻璃化转变温度Tg（-57.1℃）以及Tg以上区域内较低的动态损耗因子tanδ；SEV和EV体系的Tg分别为-55.6℃和-53.5℃，但EV体系具有最高的动态损耗因子tanδ。     

基于PDMS微结构模板转印技术的研究

基于界面间粘附能理论,结合有限元模拟研究聚二甲基硅氧烷(PDMS)微结构模板实现聚合物SU-8光刻胶的图形转移复制的转印机理,分析了微结构转印过程中基底表面能、压力和SU-8胶溶剂对图形转印的影响.结果表明,氧等离子体轰击基底表面可以有效提高基底表面能,保证大面积图形转印成功率；通过有限元方法分析PDMS模板上微结构在压强载荷下的变形情况,确定了保证转印精确度的最大压强载荷为60 kPa; SU-8胶溶液中环戊酮的挥发会造成转印结构的收缩变形,足够大的SU-8胶浓度是保证转印精确度的前提,SU-8 2025光刻胶与环戊酮的体积比大于2时基本可以保证图形转印精度.     

交联氟硅橡胶玻璃化转变温度及力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法研究了氟硅橡胶(FVMQ)交联前后体系结构的变化,并预测了交联FVMQ的玻璃化转变温度(Tg)和力学性能。研究结果表明,交联反应使得体系的能量升高,体积收缩,密度增大,体系结构堆积更加紧密,分子间相互作用力增强。为了进一步说明体系结构的变化,对径向分布函数g(r)进行了分析,结果表明交联后分子间的g(r)变小而分子内的g(r)明显增大。采用温度-比容曲线预测交联FVMQ的Tg为210.10 K,接近于实验值204.81K。此外还预测了不同温度下交联FVMQ的弹性模量(E)、剪切模量(G)、体积模量(K)和泊松比(ν),拟合弹性模量随温度的变化曲线得到了Tg为210.91 K,与之前的预测值基本一致,说明MD方法可以作为预测交联FVMQ Tg的有利工具。     

聚丙烯玻璃化转变温度的分子动力学模拟

对等规、间规、无规三种不同聚丙烯(PP)的玻璃化转变温度进行了分子动力学模拟。用分子动力学模拟来获得不同构型聚丙烯在不同温度下的特征体积,通过对模拟得到的体积-温度(V-T)作图,求得玻璃化转变温度,其模拟结果与实验值吻合得较好。同时分析了聚丙烯主链柔顺性、立构规整度和力场能量项对PP玻璃化转变温度的影响,模拟结果表明,二面角扭转能和非键能在玻璃化转变温度附近出现拐点,这是高分子出现玻璃化转变的主要根源。     

模糊神经网络在SU-8胶内应力研究中的应用

以薄膜内应力为指标,对SU-8负性光刻胶的工艺参数进行了优化．根据基片曲率法的原理,通过三因素三水平的正交实验,测量了9组不同工艺条件下SU-8胶层内应力的大小．引入模糊神经网络,对影响SU-8胶内应力的工艺参数进行了优化仿真研究．以正交实验数据为样本,对模糊神经网络进行训练,建立了SU-8胶内应力的大小与前烘温度、曝光剂量和后烘温度3个主要参数之间的预测模型．同时对网络预测结果进行了实验验证,两者结果基本吻合．利用网络优化结果,有效地降低了胶层内应力．     

聚丁二酸丁二醇酯玻璃化转变行为的分子模拟

玻璃化转变是决定聚合物改性与加工等综合性能的重要环节.基于分子动力学方法,采用NPT(等温等压)正则系综,研究了聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的玻璃化转变行为及主要影响因素.结果表明,PBS玻璃化转变温度为243.7K,与前人实验结果较为吻合;二面角扭转能、非键能及分子内氢键强度在243.7K附近发生突变,对PBS的玻璃化转变行为起到重要作用,是导致PBS出现玻璃化转变的根源之一.     

润湿促进剂对粉末涂料玻璃化转变温度的影响研究

研究了影响粉末涂料用润湿促进剂玻璃化转变温度的主要因素,探讨了润湿促进剂对粉末涂料玻璃化转变温度的影响规律。结果表明,不同厂家生产的润湿促进剂,其玻璃化转变温度差异明显,通过调节润湿促进剂的分子量及共聚硬单体的种类可以调节其玻璃化转变温度。同时,润湿促进剂自身的玻璃化转变温度及添加量对粉末涂料的玻璃化转变温度均有影响。     

聚乳酸纤维的物理老化性能研究

以聚乳酸(PLA)切片为原料,通过熔融纺丝和气流牵伸制备了PLA纤维,研究了PLA纤维在物理老化过程中热学性能和力学性能的变化。利用差示扫描量热仪(DSC)和电子万能强力仪分别研究了它们在物理老化过程中的玻璃化转变行为和力学性能变化。结果表明:随着物理老化时间的增加,PLA纤维的DSC升温图谱中出现了2个玻璃化转变区,且玻璃化转变温度逐渐升高;而PLA纤维的强力先增大,老化一定时间后,因PLA分子发生降解强力逐渐减小。     

MDI合成聚氨酯型不饱和树脂及其性能

本文以二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、丙烯酸羟乙酯和自制的二元醇为原料制备了分子内同时含有酯键和氨基甲酸酯键的不饱和树脂,内聚能较大的氨基甲酸酯键能进一步增强分子间作用力,使不饱和树脂表现出优异的力学性能和热稳定性。研究了聚氨酯型不饱和树脂浇注体的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、热分解温度以及玻璃化转变温度与分子结构的关系,并研究了分别以甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯为交联剂时不饱和树脂的力学性能。结果表明:R_1(邻苯二甲酸酐)∶R_2(马来酸酐)为1∶1,甲基丙烯酸甲酯为交联剂的聚氨酯型不饱和树脂(UPPU)的力学性能最优,拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别为81MPa、153MPa、26kJ/m2,是通用型不饱和树脂的1.4、1.4、3.8倍;玻璃化转变温度随着马来酸酐比例的增加而提高。     

热氧老化对长玻纤增强尼龙10T复合材料静动态力学性能的影响

通过熔融共混法制备出长玻纤增强尼龙10T（LGF/PA10T）复合材料,并且采用DSC、DMA、SEM和力学性能测试等方法研究了不同热氧老化时间对LGF/PA10T复合材料静、动态力学性能的影响,并对LGF/PA10T复合材料发生玻璃化转变时所需活化能进行了计算。结果表明:虽然在老化初期PA10T分子链之间会发生微交联,材料的刚性略有增加,但在整个老化过程中,分子链断裂、分子量下降起主导作用,在240℃下老化50 d后,LGF/PA10T复合材料的拉伸强度保持率、弯曲强度保持率、缺口冲击强度保持率分别为4.9%、6.3%、9.4%。随着老化时间的增长,玻纤与PA10T基体之间的界面粘接作用减弱,玻璃化转变温度和阻尼性能下降。活化能计算结果表明热氧老化能够改变PA10T分子链的活动能力,降低了LGF/PA10T复合材料的热稳定性。      

交联聚乙烯醇膜的热性能、动态力学性能和水凝胶性质EI

用差示扫描热法(DSC)和动态粘弹仪(DVE)研究了交联聚乙烯醇(CL-PVA)膜的热性能、动态力学性能和水凝胶性质。发现在CL-PVA水溶胀膜的弹性网格里存在着游离水和可自由“键合水”的状态,另一方面,交联膜的玻璃化转变温度(T_g)和晶区损耗峰温度(Tβ)随交联度的增加而提高,但熔点(T_m)。鲒晶温度(T_c)和结晶度(C)相反地却呈现出下降的现象。动态复合模量([E])受交联和结晶两因素的影响而显示了较复杂的变化。     

氨基化碳纳米管对交联环氧树脂玻璃化转变温度的影响机制

采用动态力学性能分析和分子动力学模拟相结合的方法研究了氨基化碳纳米管/环氧树脂复合材料的玻璃化转变温度(T_g),并重点分析了界面在影响T_g变化中的作用。实验发现,与纯环氧树脂相比,未改性碳纳米管对环氧树脂的T_g无明显影响,而氨基化碳纳米管使环氧树脂的T_g升高。分子模拟结果显示,在氨基化碳纳米管/环氧树脂复合材料中,当氨基化碳纳米管与环氧树脂基体有共价键连接,碳纳米管与树脂基体间界面结合强,复合材料的T_g显著升高。研究结果表明,在环氧树脂中添加氨基化碳纳米管后,由于碳纳米管上的氨基官能团能参与环氧树脂的交联反应,形成共价键,界面结合强,复合材料的T_g升高。复合材料界面状态不同,T_g的变化情况不同,选择能形成强结合界面的碳纳米管等增强材料可以实现提高树脂基体T_g的目的。     

聚己内酯增强生物基聚酯弹性体

针对生物基聚酯弹性体(BEE)力学性能较差的问题,采用聚己内酯(PCL)作为BEE的增强相,通过溶液共混及橡胶传统硫化工艺,制备了具有较高力学性能的生物基BEE/PCL硫化胶.通过动态力学性能、扫描电镜、差示扫描量热法、X射线衍射、力学性能测试等,对BEE/PCL硫化胶的相容性、微观相态、热性能及结晶性能、力学性能进行了表征.BEE/PCL硫化胶只有1个玻璃化转变温度,为热力学相容体系,但扫描电镜分析结果表明,BEE/PCL硫化胶为微观相分离体系.随着PCL含量的增加,BEE/PCL硫化胶的结晶度逐渐增加,拉伸强度逐渐增加,断裂伸长率先增加后降低.研究发现,当BEE与PCL的质量比为8:2,BEE/PCL硫化胶的力学性能较优,拉伸强度为5.1 MPa、断裂伸长率为292％.     

水对交联壳聚糖/聚醚半互穿网络凝胶的玻璃化转变的影响

以差示扫描量热和动态力学分析研究了交联壳聚糖／聚醚半互穿聚合物网络水凝胶中水的状态和玻璃化转变,讨论了水的含量和状态对玻璃化转变温度的影响。