交联网络和纳米填料对弹性体材料力学疲劳失效影响机制的分子动力学模拟研究
了解弹性体在周期性加载下的疲劳机理对制备高性能弹性体纳米复合材料具有重要意义。弹性体交联网络和填充的纳米粒子都会对材料的结构和疲劳性能产生重要影响。本论文采用粗粒度分子动力学模拟方法，研究了交联剂类型、交联密度对形成的化学交联网络的影响，以及交联网络、纳米填料粒径、填充分数等对动态周期载荷条件下的断键和力学疲劳性能的影响，并阐述了其分子机理。 （1）研究了交联剂类型和交联密度对弹性体复合材料疲劳性能的影响。研究结果表明，在交联剂分子数目和成键能力相同的情况下，与单硫和双硫体系相比，多硫体系中弹性体分子链更容易解缠结和取向，因此弹性体分子链能均匀承受拉伸应力，有利于避免橡胶分子的断裂；而随着交联密度的增加，交联网络的尺寸会明显增加，表现为链均网链分子量的增大，并于一定程度后增加平缓。在刚达到饱和交联网络尺寸时，即为最佳交联密度，此时阻碍分子链断裂的能力最强； （2）填料粒径的减小及填充分数的适当增加会增强复合材料的疲劳性能，具体表现在体系总断键数目的减少和循环疲劳下的拉伸应力增加，但过高的填充量会促使交联点间基体键的断裂，使得在大应变下损耗因子增加，填料网络的破坏效应明显，不利于循环剪切下力学性能的保持。 本研究加深了分子水平上对弹性体交联网络的形成及其与材料疲劳性能之间的关系理解，并探讨了微观上的断键机制，以期为制备高性能抗疲劳弹性材料提供指导。
弹性体材料;分子动力学模拟;疲劳失效;交联网络;纳米复合材料
北京化工大学
硕士
材料工程
温世鹏
2022
中文
TB33
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）