PPS共混物介观形貌的DPD模拟-论文.pdf

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1、第28卷第2期分子科学学报Vo1．28No．22012年4月JOURNALOFMOLECULARSCIENCEApril2012[文章编号]1000—9035(2012)02—0162—05PA6／PPS共混物介观形貌的DPD模拟梁晓艳，廖黎琼，付一政。，林也平，周瑞华，刘亚青，赵贵哲(1．中北大学材料科学与工程学院，山西太原030051；2．中北大学山西省高分子复合材料工程技术研究中心，山西太原030051)[摘要]应用耗散粒子动力学(DPD)模拟方法研究了PA6／PPS共混物的介观形貌及动力学演变过程．详细分析了不同比例下PA6／PPS共混物的介观形貌、密度、扩散系数以及界

2、面张力等变化情况，同时还考察了不同剪切速率对体系介观形貌的影响．结果表明，PA6／PPS共混物中随PA6含量的增加，PA6的介观形貌依次出现球状、柱状、层状以及连续相等结构，PA6的扩散系数大于PPS，说明PA6的加入可以改善共混物的加工流动性，这与文献报道的实验结果相一致．同时剪切速率的大小对PA6／PPS体系形貌有着重要影响．[关键词]尼龙6；聚苯硫醚；耗散粒子动力学[中图分类号]O641[学科代码]150·30[文献标识码]A聚苯硫醚(PPS)作为一种综合性能优异的工程塑料，具有突出的耐高温、耐辐射、耐腐蚀、无毒、难燃及良好的加工性能等，但其不足之处是韧性差、熔融过程黏度

3、不稳定．PPS与其他聚合物共混可以均衡各组分的性能，取长补短，克服单一聚合物组分性能上的不足，因而PPS共混合金受到越来越多的关注_3_．聚合物共混合金的形态结构是决定其性能的关键因素，不同组成具有不同的形态结构．影响聚合物共混物形态变化的因素主要包括各组分的流变学性质、加工条件及界面张力等[4]．耗散粒子动力学(DPD)模拟方法作为计算机模拟的重要方法之一，可以在较大的时间和空间尺度上进行计算，可用于研究高分子材料的介观形貌、形态结构以及它们的相容性等，已经有许多学者采用该方法对不同体系进行了相关研究。．本文采用DPD方法研究了5种不同质量比PA6／PPS(10／90，30／

4、70，50150，70／30和90／10)共混物的介观形貌，分析了模拟体系的密度、扩散系数以及界面张力等随共混物组成的变化情况，同时还考察了剪切速率对体系形貌的影响，为新型高分子合金材料的配方设计提供理论参考，并对实验起到一定的指导作用．1理论方法与模拟参数DPD方法是由Hoogerbrugge和Koelman提出的针对复杂流体热力学行为的一种介观模拟方法，该方法将分子视为一团或一堆．依照牛顿运动方程，每个分子团所受的力为一∑(Fc+F+F)．(1)式中F为分子团间的保守力，F为耗散力，为随机力．Groot与Warren提出保守力的形式为：Fc厂。(1-ro)ro，(<’(2)

5、10，(≥1)．收稿日期：2011-05—11基金项目：国防973资助项目(61338)；山西省青年科技研究基金资助项目(2010021023—5)；太原市科技明星专项资助项目联系人简介：刘亚青(1970一)，女，教授，主要从事高分子及其复合材料研究．E—mail：liang440104@163．COITI第2期梁晓艳，等：PA6／PPS共混物介观形貌的DPD模拟163式中n代表粒子i和J之间的最大排斥；一r一rj，—rij／iI．F一一。()(·)．(3)式中为耗散力系数，描述了粒子i与间相互作用的耗散力强度，叫。为耗散力权重因子v一一为速度矢量．一黝(rf)／,／2／．(4

6、)式中为随机力系数OAR为随机力权重因子，是团间距离r的函数，CO：1一r／rc(rc为截断距离，rc一(+)／2)．为高斯分布的随机变量，At为积分步长．团与团之间的相互作用参数与混合物的Flory—Hugginsx参数之间存在线性关系，当P一3时，有ali一25+3．27Zo．(5)其中口为不同组分间的DPD参数，；c为不同分子间的Flory—Huggins参数，它可以通过多种方法获得，如：可以通过组分的溶解度参数；也可以通过计算体系的混合能，本文则通过软件中的Blend模块计算该参数．在DPD模拟中高聚物可以看成是具有相同体积的珠子，珠子个数与高聚物的聚合度及极限特征比等

7、结构参数有关，其计算公式(6)式N№so—M／MmC．(6)其中M为高聚物的相对分子质量，为高聚物重复单元的相对分子质量，C为高分子链的极限特征比，可以通过MS软件中的Synthia模块得到，具体参数见表1所示．本文运用MaterialStudio(MS)模拟软件，模拟中PA6与PPS的分子结构式如图1所示．模拟中所用盒子的尺寸为30nm×30nm×30nm，耗散力系数)，的值设为4．5，弹簧常数设为4，体系的忌T一1，积分步长At：0．05，模拟总步数为2×10步．表1PA6／PPS在DP