水在环氧树脂中扩散的分子动力学模拟.pdf

《水在环氧树脂中扩散的分子动力学模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第31卷第6期计算机与应用化学Vo1．31，No．62014年6月28日ComputersandAppliedChemistryJune28，2014水在环氧树脂中扩散的分子动力学模拟李惠，范小平，岳淑丽1，向红，张作全(1．华南农业大学食品学院，广东，广州，510642；2．奥瑞金包装股份有限公司，北京，1014071摘要：用分子动力学方法(MD)模拟水分子在TGDDM／DDS交联环氧树脂中的扩散，分析了温度和含水量对水在环氧聚合物中扩散系数的影响。基于Einstein公式，通过均方位移曲线计算的扩散系数

2、表明，温度越高，水分子扩散系数越大，与文献中所给出的实验值相吻合：在含4个不同水浓度的环氧体系中，得到的水分子氧原子间的径向分布函数表明，含水量越高，存在于系统中的水越易以水分子簇形式存在。从微观上证实了模拟结果一扩散系数随水浓度的升高而增加，此结论也通过实验得到了证实。关键词：分子动力学模拟；扩散；交联环氧树脂；水分子中图分类号：TQ021．4文献标识码：A文章编号：1001—4160(2014)06．696．700D0I：l0．1l719／com．app．chem20140612体系中的水以非氢键水和氢

3、键水2种形式存在，且根据1弓I言水分子中参与氢键构成的氢原子数，用近红外光谱测得用二氨基二苯砜(DDS)固化的环氧树脂四缩水甘油了3种氢键水的存在【8]。Li等人在探索水在环氧树脂吸基．4，4'-二氨基二苯甲烷(TGDDM)具有优良的性能，如附的动力学过程中，发现水具有自由水和键合水双重特高拉伸强度和模量、高的玻璃化转变温度(Tg-270℃1、性，且自由水的扩散远大于与亲水基团相互作用的键合耐溶剂性、和良好地热氧化稳定性而被广泛应用于复合水的扩散[91。材料中_lJ。但TGDDM／DDS的应用受到以下2个方

4、面的为了提高以TGDDM／DDS为材料的利用率，减少水限制：脆性和高吸水性。了解水在TGDDM／DDS中的扩分吸收对其应用的影响，对水在环氧树脂中的扩散特性散行为有助于我们改进聚合物的结构，降低树脂的吸水需要有更深度的研究和了解。近年来，分子模拟技术的率，从而提高以TGDDM／DDS环氧树脂为主要材料的保发展在预测小分子在聚合物的扩散过程中扮演着重要角护性能。色。这些技术能从分子和原子水平上增强对聚合物化学在TGDDM／DDS的应用过程中，有被暴露在潮湿环和物理性质的理解，有利于于我们对聚合物结构的优化。境

5、中吸收水的可能。有研究证明，TGDDM／DDS固化体目前，已经有许多学者采用分子模拟方法计算小分子在系在平衡时会吸收4．0％～6．5％的水分I3-5]。吸收的水对聚合物中的扩散系数。如，王平利等人模拟了不同相对环氧树脂的理化性质造成有害的影响，如每吸收1％的分子质量的小分子在无定形PET中的扩散，计算出不同水会使玻璃化转变温度(z减小20℃【4]，吸收水分过多模拟时间、温度和密度下小分子的扩散系数【l。同时，时会造成树脂的塑化等。因此，基于环氧树脂成分的材他们还以低聚体在无定形PMMA的扩散为例，模拟了高料

6、会被减少其被应用的可能。在过去，水与聚合物的相分子链长、低聚体含量、聚合度和温度对扩散系数的影响【】”。吴超富构建了DGEBA／IPD交联环氧树脂的结构，互作用或由于聚合物的吸水性而导致的一系列问题已有许多实验被报导。例如，Lin和Chen通过对水在并对水分子在环氧树脂中的扩散进行了模拟。DGEBA／DDA环氧．氨网络系统吸附．解吸特性的研究，Muller-Plathe的模拟结果表明水在PVA的扩散系数受温以及对环氧系统进行的单轴拉伸试验和扫描电子显微分度和聚合物浓度的影响，且扩散系数随聚合物浓度的变化能很

7、好地与Mackie．Meares方程进行拟合等等[】。然析表明，吸收的水会减少拉伸弹性模量、拉伸强度，甚至引起树脂的湿热老化，极大地使环氧树脂的性能受而，用分子动力学模拟水在TGDDM／DDS环氧系统中的损【oJ。Pegoretti和Penati报导了rPET在温度为70℃，扩散尚未见报道。因此，本文着重于采用分子动力学模相对湿度分别为80％和100％时对湿热老化的影响，拟技术来研究水在环氧树脂中的扩散，帮助我们从分子结果显示材料的拉伸强度和表观断裂韧性在上述2种条原子水平上理解扩散的本质，为水在TGDDM

8、／DDs中的件都显著减少，但在湿度为100％的环境下现象更为明扩散系数提供一种近似的计算方法，对促进低吸水性环显I。Mijovic和Zhang发现吸收进DGEBA]DETA环氧氧树脂的研究具有实际的指导意义。收稿日期：2013—09．03；修回日期：2013—11-17基金项目：国家自然科学基金资助项目(31171689)作者简介：李惠(1989—)，女，湖南人，硕士研究生，E-mail：601527616@qq