纳米填料调控弹性体基复合材料断裂行为的分子动力学模拟研究
由于具有优异的综合性能，弹性体基复合材料在国民经济生产中得到了广泛的应用且成为材料科学界的重点研究方向，其中填充纳米填料是提高弹性体基体材料多项性能的关键。但是在工业与工程应用中经常会发生弹性体材料因断裂而导致制品件失效的问题。因此在分子水平上理解弹性体基复合材料的断裂机理是非常重要的。聚焦纳米填料如何调控材料断裂行为这一主旨，以建立起微观结构与宏观断裂行为的联系为出发点，本课题利用分子动力学模拟方法，针对于以下两方面内容开展研究工作: (1)纳米填料形状和尺寸对弹性体复合材料断裂行为的影响 通过粗粒度模拟方法，详细探究了纳米填料的形状和尺寸对弹性体基复合材料断裂性能的影响。研究证明杆状填料体系相较于片状填料和球状填料体系有着更优异的断裂性能。通过计算基体链和纳米填料的应力贡献，我们发现随着纳米填料尺寸的增大，球状填料和片状填料体系中基体链所承受的应力逐渐减小，而在杆状填料体系中基体链和纳米填料所承受的应力基本相同;然而球状填料所承担的应力越来越小，而杆状填料和片状填料所承担的应力逐步增大。此外，由于界面相互作用较强，孔洞更倾向于在基体中成核。本工作可以为进一步理解纳米填料形状如何影响材料断裂性能提供一些帮助。 (2)纳米颗粒功能化程度和功能化作用强度对弹性体复合材料断裂行为的影响 纳米颗粒功能化是改善其在聚合物中分散性的有效方法，进而也增强了材料的断裂性能。通过粗粒度分子动力学模拟的研究结果，发现在中等纳米颗粒功能化程度以及高功能化作用强度下体系取得了最优的断裂性能。同时，随着纳米颗粒功能化程度和功能化作用强度的提高，基体链承担的应力百分比逐渐降低，而纳米颗粒则相反，并且产生的孔洞位置逐渐由界面向基体转移。本研究工作为纳米颗粒功能化如何影响材料断裂过程中的空化和开裂提供了一个清晰的认识。
弹性体;纳米填料;断裂行为;分子动力学
北京化工大学
硕士
材料工程
高洋洋;向平
2020
中文
TQ334;TQ330.38
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）